主机tRNA epitranscriptome:新球员RNA病毒感染

介绍

所有步骤的病毒生命周期要求从他们感染的宿主因素。然而,不像在复制和转录病毒蛋白质直接这些函数,病毒完全取决于主机翻译机器来表达病毒蛋白质。这对于正链RNA依赖尤为明显(+)RNA病毒。因为他们不携带病毒粒子的聚合酶,在基因组的释放到细胞质中,(+)RNA病毒首先需要翻译表达病毒复制酶基因(1)。最大化病毒蛋白表达,他们显示不同的策略来控制主机翻译机器。反过来,主机重组这机械为了抑制病毒感染在一个不断变化的竞争控制(2)。翻译过程需要三个主要步骤:启动,核糖体被雇来的起始密码子;伸长,氨基酸是由转移为核糖体rna(图示)和连接在一起形成一个链;和终止,完成多肽。我们的大多数知识使用的策略(+)RNA病毒有效翻译他们的基因组与事件影响翻译的起始步骤。翻译过程的其他步骤的参与已经几乎是未知的。我们最近发现了前所未有的(+)RNA病毒与宿主的相互作用tRNA epitranscriptome忙翻译伸长的病毒RNA基因组最大化病毒蛋白表达(3)。这些结果将tRNA epitranscriptome(+)的小说关键监管RNA病毒感染。图示是翻译机器的适配器分子转录组的转换成蛋白质组。携带特定氨基酸之间的核糖体根据互补的碱基配对位置34岁,35和36的反密码子和位置3、2和1,分别的密码子mrna (4)(图1,2)。图示大量修改大量的化学修饰,包括从简单的添加或替换官能团的复杂的结构,其生物合成涉及多个酶(4)。这组被称为tRNA epitranscriptome进行修改。从200年左右修改描述发生在RNA分子,其中一半是在图示(5)。平均tRNA分子包含13修改遍布tRNA分子(图1)(6)。这是大约修改每5残留。高转运rna的化学修改数量意味着tRNA功能的重要作用。大部分的tRNA修改位于反密码子循环。例如,在智人41是细胞质中图示类型的修改,其中29是位于反密码子循环。同意这些多样性和丰富,修改的反密码子循环中起基础作用已被证明的监管和精度倍数翻译伸长过程的步骤,包括解码、氨酰化和易位(7)。修改以外的反密码子循环影响适当的tRNA折叠和稳定(8)。

tRNA修改解码结果的影响主要来自两个热点修改位于37岁和34岁。修改位置37增强翻译富达防止框架转变事件(9)。修改的位置34 tRNA(摆动位置)增加碱基配对的灵活性,有助于解码能力。基因编码的冗余可以由多个编码氨基酸密码子。这些同义密码子的频率是普遍的偏见和具体为每个有机体。对于给定的有机体,tRNA浓度适应了密码子使用。因此,最优密码子加速翻译速度和稀有密码子慢下来,因为同源转运rna是卑微的丰富的相比,这些图示用于最优密码子(10- - - - - -12)。修改在摆动位置影响其碱基配对密码子的第三位最终扩大或限制某些同义密码子的解码效率。研究的例子包括罗马数字⁵和罗马数字⁵年代²修改在尿苷34 (U34)的胞质转运rna。tRNA反密码子,35和36遵循由沃森和克里克碱基配对规则定义。然而,当一个普通的U位于34(摆动U34)位置,你认识到腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)在密码子的第三位。修改在这个位置可能会支持碱基配对(A端基码)或G (G-ending基码)。例如,谷氨酸(Glu)氨基酸是由两个同义密码子编码的棉酚和呕吐。当U34同源tRNA的位置不是修改,tRNA解码呕吐和棉酚基码(图2一个)。然而,当U34是罗马数字⁵/ mcm⁵年代²修改,棉酚的tRNA支持解码密码子(13,14)(图2一个)。修改这一事实U34在几乎所有生物体意味着一个强大的进化压力和翻译监管(主要作用15)。的确,现在证实tRNA修改高度动态和流行变化响应的细胞代谢物水平和环境压力(4,16)。此外,全球分析了协调摆动位置的修改变化之间的相互作用,包括U34 stress-dependent基因表达丰富的选择性翻译在同义密码子解码的青睐诱导修改了(16)]。在一起,这表明协调tRNA epitranscriptome之间的相互作用和密码子偏向适应翻译在应激反应(17)。

众多不同的(+)的基因组RNA病毒,包括SARS-CoV-2,登革热(DENV) zika病毒(ZIKV)或基孔肯雅病毒(CHIKV),丰富的稀有密码子。在高度人类mrna表达丰富的G / C-ending密码子,多个(+)的基因组RNA病毒浓缩在一个/ U-ending基码(17)。(+)RNA基因组是如何能够有效地表达他们的蛋白质,所以尽管他们不利的密码子使用吗?为了解决这个根本问题,我们使用CHIKV作为模型系统,因为它的基因组被翻译到极高的水平。全基因组转录组和translatome分析与分离研究表明,CHIKV感染显著改变了宿主mRNA translatome内质网,CHIKV有效翻译的翻译腔室,在一些重大变化观察到细胞溶质,其他主要细胞转化室(3)。组平移压抑主机mrna丰富了有关线粒体基因,核糖体RNA和翻译。组平移激活宿主mrna丰富了相关基因DNA损伤反应,细胞周期和RNA运输。重要的是,这些转化激活mRNA, CHIKV RNA,显示一个贫穷的密码子使用情况,主要富集在棉酚(Glu) AAA(赖氨酸),创新艺人经纪公司(Gln), AGA (Arg)和GGA码(g)。相比平移压抑mrna显示一个最优浓缩在相应G-ending同义密码子(3)。这表明病毒诱导重编程密码子最优,有利于翻译的病毒rna。从力学上看,它包括CHIKV-induced平移KIAA1456酶的激活,ALKBH8酶参与了mcm的假字⁵/ mcm⁵年代²修改(如上所述),支持解码的棉酚(Glu) AAA(赖氨酸),创新艺人经纪公司(Gln), AGA (Arg)和GGA (g)密码子G-ending的(图2 b)(18,19)。有趣的是,KIAA1456 mRNA本身就是丰富在这五个基码,建议积极的反馈回路。重要的是,DENV的基因组被浓缩在这些密码子,也导致感染细胞的过度KIAA1456 mcm酶和相应增加⁵tRNA修改水平而丙型肝炎病毒的基因组并不丰富,不(3)。值得注意的是,使用KIAA1456-enzymes病毒似乎是守恒的超越人类的病毒大肠杆菌的tRNA^利斯河U34噬菌体λ表达需要修改gpG gpGT,两个病毒复制的蛋白质。然而,在这种情况下,tRNA修改调节特定核糖体转移基本gpG的适当的表达:gpGT广播而不是全球重组影响密码子的使用(20.)。

DNA损伤反应是一个监管网络,检测DNA损伤并调节其修复(21)。有趣的是,在酵母、烷基化压力导致DNA损伤导致增加了(我)TRM9的表达,人类ALKBH8的酵母同族体/ KIAA1456, (ii) mcm的水平⁵/ mcm⁵年代²tRNA修改和(iii)基因的表达与DNA损伤和细胞周期控制,基本生存烷基化压力。这些基因富集在棉酚和AGA密码子。这些发现的相似之处与CHIKV观察强烈建议CHIKV日前在其基因组宿主感染条件下翻译环境。CHIKV感染引起的DNA损伤反应,最终导致密码子最优的重组将有利于CHIKV RNA基因组富集在同一个密码子的基因DNA损伤反应。我们建议这个机制共享DENV之外的其他(+)RNA病毒,病毒感染引发的DNA损伤反应可能扮演了一个角色的塑造(+)RNA病毒的密码子使用。这个建议是基于下观察。首先,正如CHIKV DENV,许多其他的(+)RNA病毒浓缩在棉酚,AAA,创新艺人经纪公司,AGA和GGA密码子(未发表的观察)。值得注意的是,一些病毒的基因组RNA病毒(+)组外还富含这些密码子(未发表的观察),这种机制可能在病毒组是守恒的。第二,越来越多的证据表明RNA病毒之间的复杂的相互作用和DNA损伤反应。DNA损伤反应的激活和操纵DNA病毒和逆转录病毒来优化他们的复制过程研究(22- - - - - -24)。这激活触发输入病毒DNA,逆转录病毒的整合或响应生成的异常DNA结构复制DNA病毒的其他因素。虽然目前只有少数RNA病毒已报告与DNA损伤反应,越来越多的证据表明,RNA病毒也可以操纵这个途径好处(22,24,25)。两个例子包括ZIKV和猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)。dna损伤反应的监管网络的两个主要组件是ataxia-telangiectasia突变(ATM)和ATM Rad3-related (ATR)激酶(26)。在ZIKV感染,ATM信令和相应的感应s阶段逮捕增加病毒复制(27)。此外,描述了ATM和ATR激酶被激活,PRRSV感染,硝唑与病毒复制复合体,促进复制(28)。(+)是如何复制的RNA病毒细胞溶质诱导的dna损伤网络尚不清楚。假定的机制将包括促进不当进入S期或直接修改或组件的DNA损伤反应。

结论和讲话

小说新兴证据突出tRNA修改角色的病毒感染。除了描述棉酚,AAA,创新艺人经纪公司,AGA和GGA密码子CHIKV-induced平移激活主机mrna和CHIKV rna被浓缩在其他/ U终止密码子的识别依赖于修改U34位置还。因此,它很可能除了KIAA1456之外,其他tRNA修改酶CHIKV感染中扮演主要的角色。我们建议这个功能是由多个RNA病毒,包括共享的tRNA修改酶代表广泛的发展前途的新靶点——频谱抗病毒药物。激动人心的是,最近的研究表明,宿主的免疫系统还依赖于tRNA的修改。特定的tRNA甲基化(m1A58)有选择地增强蛋白质翻译codon-usage方式的一组蛋白质,最终推动T细胞增殖(29日)。在一起,这些发现代表一个先前的研究点开始赏识tRNA epitranscriptome-virus-immune系统监管网络,正在等待破译和将提供新颖的治疗干预措施的机会。

tRNA epitranscriptome越来越多领域的复杂性提出了重大挑战。首先,阐明tRNA表达模式在不同的组织和细胞类型。人类基因组包含约400个基因,包括isodecoders和isoacceptors (tRNA基因共享相同的反密码子,反之亦然,但有不同的身体序列),并不是所有的转录位于相同的单元中,其表达特异性。虽然已经有了较大的进步,在tRNA测序方法(30.- - - - - -32),获得和分析完成概要tRNA仍然具有挑战性与RNAseq相比。第二,完成tRNA修改的映射和他们的角色的分配。多样性、动态特性和低丰度的一些修改是主要挑战他们的身份。下一代序列(门店),质谱仪和纳米孔检测的主要技术是对RNA的描述修改。然而,当前的方法有很多局限性31日,33)。此外,只有大约50%的tRNA修改酶已被实验验证。这妨碍了许多tRNA修改函数的研究。因此,有很多需要学习的基本生物学tRNA epitranscriptome。病毒是强大的工具来揭示细胞过程。事实上,病毒的研究已经基本确定,翻译等特性限制,聚腺苷酸化或拼接。我们因此希望遇到病毒学和tRNA epitranscriptome领域将有助于揭示新见解不仅为病毒感染及其控制,而且tRNA生物学。

数据可用性声明

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作者的贡献

概念化和写作的角度来看:MT-P, EM, JD。所有作者的文章和批准提交的版本。

资金

这项工作是支持的西班牙经济产业和竞争力(AEI / MINECO /菲德尔,问题;pid2019 - 106959 - rb - i00)和“失去de Excelencia Maria de Maeztu”由AEI (cex2018 - 000792米)。

的利益冲突

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