轮状病毒编码小RNA分子chr-1755起始自噬调控自身增殖

Examining virus–host cell interaction is important for elucidating mechanisms of virus proliferation in host cells. Many studies have shown that autophagy plays important roles in viral infection. Viruses can create an environment that promotes their survival and self-proliferation by encoding miRNAs or miRNA-like molecules that target various host cell and viral genes. However, it remains unclear whether RNA viruses encode viral miRNAs, and their regulation mechanisms are largely unknown. In consideration of that rotaviruses are double-stranded RNA viruses that are a major cause of viral diarrhea in infants and young children, we conducted a series of studies on the replication mechanism of the virus. We previously performed deep sequencing analysis to investigate rotavirus-encoded miRNAs, and identified the small RNA molecule chr-1755 which was probably encoded by the virus. It may regulate the host cell IGF1R gene and VP3 gene to activate autophagy to promote self-proliferation and regulate the replication rate. Therefore, based on the previous studies, this study was intended to investigate the biological characteristic of chr-1755 and the biological functions of autophagy initiation in RV infection. The regulation mechanism between chr-1755 and target genes and related signal pathways will be studied from the molecular and cellular level. If the hypothesis would be confirmed, the interaction between RNA viruses and host cells will be understood deeply. This study provide a theoretical basis for therapeutic drug screening targeting RV-vsRNA1755.

宿主细胞与病毒的相互作用研究对揭示病毒的增殖机制具有重要意义。研究发现，自噬在病毒的复制中起到重要调控作用，病毒能够编码miRNAs分子调控自身基因及宿主基因的表达，促进自身增殖。目前对RNA病毒是否编码miRNAs分子及其作用机制报道较少，急需探讨。鉴于轮状病毒为双链RNA病毒，且是引起婴幼儿严重腹泻的病原体之一，我们围绕该病毒的复制机制进行了系列研究，发现chr-1755可能为轮状病毒编码的小RNA分子，通过调控宿主细胞IGF1R基因和自身基因VP3，激活自噬促进自身增殖及调控复制速度。因此，本研究拟对chr-1755分子的生物学性质、合成途径及在病毒激活自噬过程中的生物学功能进行研究，从分子水平和细胞水平研究chr-1755与靶基因的调控关系及其在相关信号通路中的调控作用。该研究有助于深入了解RNA病毒复制机制，为将来以chr-1755分子作为轮状病毒治疗靶点的药物筛选提供新思路。

宿主细胞与病毒的相互作用研究对揭示病毒的感染和增殖机制具有重要意义。MicroRNA参与了细胞的分化发育、增殖、凋亡和代谢等几乎所有生物过程。研究发现，病毒能够编码microRNA分子调控自身基因及宿主基因的表达，促进病毒的复制及逃避宿主的免疫监控。目前对RNA病毒是否编码miRNAs分子及其作用机制研究较少，特别是轮状病毒尚没有报道，急需探讨。本研究通过分离得到的人轮状病毒野毒株感染宿主细胞进行深度测序，发现了轮状病毒能够编码的miRNA分子vsRNA1755，并对该小RNA的表达、生物学性质、合成途径、生物学功能及相应的调控机制进行了研究。通过研究明确了病毒感染宿主细胞后检测到的小RNA分子chr-1755是病毒编码的miRNAs，命名为vsRNA1755。vsRNA1755来源于RV的非结构蛋白NSP4（编码肠毒素与病毒RNA复制相关基因）基因，是由NSP4基因coil-coiled区域编码的小RNA分子。该小RNA在不同病毒型和不同细胞中表达具有普遍性，由Dicer和AGO2介导生物生成。miRanda软件预测结果表明，胰岛素样生长因子1受体（Insulin-like Growth Factor 1 Receptor，IGF1R）和轮状病毒的VP3基因为vsRNA1755的可能作用靶点。通过双荧光素酶报告系统，上调和下调vsRNA1755检测IGF1R和VP3的表达情况，证明IGF1R和VP3为vsRNA1755的靶基因。确定完靶基因后，本研究分别从宿主细胞角度和病毒自身角度分析了vsRNA1755分子在轮状病毒复制过程中的调控机制。研究发现，在病毒感染早期，该小RNA分子能够通过靶定宿主细胞的IGF1R基因，抑制宿主的PI3K/Akt/mTOR通路的活化进而激活自噬。轮状病毒利用自噬膜运输通路将病毒蛋白VP7从内质网运输到病毒池（viroplasm），将DLP病毒颗粒与VP7组装形成具有感染性的VLP病毒颗粒。在病毒感染后期，vsRNA1755能通过调控自身VP3基因，控制自身复制速度，避免宿主细胞很快死亡。研究能够进一步了解轮状病毒与宿主细胞之间相互调控关系，为寻找特异性针对轮状病毒感染的药物提供可能途径，为将来以vsRNA1755分子为轮状病毒治疗靶点的药物筛选提供理论依据。