乙肝病毒（HBV）感染是我國乃至全世界的一個嚴重的公共衛生問題，是導致肝炎的主要原因之一，長期感染會導致肝纖維化、肝硬化甚至肝癌的發生,目前全球慢性HBV感染者約有2.5億人。HBV基因組DNA是一個松弛環狀的DNA（rcDNA），長度約3.2 kb。一旦感染細胞，rcDNA會進入到細胞核并轉化為共價閉合環狀DNA（cccDNA），cccDNA是HBV所有病毒基因轉錄的模板，以微染色體的形式穩定存在且難以清除，是HBV反復復發且難以清除的根本原因[1, 2], 因此研究HBV cccDNA轉錄調控的分子機制具有重要的科研價值和臨床研究意義。
2023年8月3日，清華大學醫學院李海濤課題組、北京生命科學研究所/清華大學生物醫學交叉研究院李文輝課題組和清華大學醫學院王大亮副教授合作，在Nature Communications雜志在線發表了題為"Molecular insights into Spindlin1-HBx interplay and its impact on HBV transcription from cccDNA minichromosome"（Spindlin1-HBx互作及其影響乙肝病毒閉合環狀DNA微染色體轉錄的分子機理解析）的研究論文，報道了HBV編碼的關鍵調控蛋白HBx如何通過劫持和利用表觀因子Spindlin1蛋白來攻克異染色質障礙進而促進HBV cccDNA轉錄的分子機理。
該研究通過基于表面等離子共振成像（SPRi）技術的多肽陣列篩選[3]、等溫量熱滴定（ITC）和結構生物學等方法發現HBx的N端保守序列（第2-21位的氨基酸，HBx2-21）可以與Spindlin1蛋白的第3個Tudor結構域互作，并解析了Spindlin1-HBx2-21復合物的晶體結構。接著，通過結構分析、生化結合以及細胞實驗發現，HBx蛋白與Spindlin1第3個Tudor的結合可以與Spindlin1第1和第2個Tudor結構域對組蛋白甲基化修飾的識別很好的共存。有意思的是，體外ITC實驗表明與HBx結合后，Spindlin1對組蛋白H3“K4me3-K9me3”二價修飾的識別能力提高了3.5倍，親和力高達3.8 納摩爾，是迄今報導的最強組蛋白修飾識別事件。接著，研究者利用李文輝教授課題組發現并建立的HBV感染HepG2-NTCP細胞模型[4, 5]開展了一系列功能實驗。研究表明Spindlin1-HBx互作可以促進HBV cccDNA的轉錄，并且這種促進作用與HBV cccDNA微染色體從H3K9me3標志的異染色質狀態向以H3K4me3和乙酰化修飾標志的活躍染色質狀態的轉變有關。值得一提的是，該研究還發現Spindlin1與HBx的N端保守序列互作會影響HBx蛋白構象的改變，將HBx構象從折疊的不活躍狀態轉變為伸展的活躍狀態，進而促進HBx與其它互作因子如DDB1 [6]和Bcl-2 [7]等的結合來協同調控HBV基因組的活化。
該研究揭示了Spindlin1與HBx蛋白互作的結構基。雋薙pindlin1-HBx通過調控HBV cccDNA修飾狀態及HBx蛋白構象改變進而促進HBV轉錄的分子機理。李海濤課題組致力于揭示表觀調控因子在遺傳信息解讀，以及癌癥、病毒和白血病等人類疾病發生中的作用機理。在此前的報道中，李海濤課題組發現表觀調控因子Spindlin1可以通過其第1和第2個Tudor結構域識別多種組蛋白甲基化修飾模式，響應不同的上游甲基化“書寫器”（writer）通路，識別不同基因組區段的H3K4me3修飾或修飾組合景觀，從表觀遺傳層面調控重要基因的表達[8, 9]。本研究闡明了Spindlin1蛋白3個Tudor結構域可以協同作用共同促進HBV cccDNA的轉錄，拓寬了領域內對表觀調控因子在HBV生命周期中發揮的特異作用機制的理解，為靶向HBV慢性感染及相關疾病的治療提供了重要理論基礎。
清華大學醫學院李海濤教授、北京生命科學研究所/清華大學生物醫學交叉研究院李文輝教授和清華大學醫學院王大亮副教授為共同通訊作者，清華大學醫學院李海濤課題組博士后劉偉和北京生命科學研究所已畢業博士生姚奇艷為本文的共同第一作者，清華大學醫學院已出站博士后蘇曉楠和醫學實驗班2017級學生鄧雅方等人參與了本研究。前中科院納米所研究員朱勁松博士及其博士生楊墨在基于SPRi的多肽陣列篩選實驗中提供了重要技術支撐。
該工作得到國家自然科學基金委員會、國家重點研發計劃和北京市重大科技專項的資助。李海濤教授是清華-北大生命科學聯合中心、北京生物結構前沿研究中心、分子腫瘤學全國重點實驗室、教育部蛋白質科學重點實驗室，以及c7c7.app-清華大學醫學院前沿醫學協同創新中心成員。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-40225-w
參考文獻:
參考文獻
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3. Zhao, S., et al., Kinetic and high-throughput profiling of epigenetic interactions by 3D-carbene chip-based surface plasmon resonance imaging technology. Proc Natl Acad Sci U S A, 2017. 114(35): p. E7245-e7254.
4. Sun, Y., et al., NTCP-Reconstituted In Vitro HBV Infection System. Methods Mol Biol, 2017. 1540: p. 1-14.
5. Yan, H., et al., Sodium taurocholate cotransporting polypeptide is a functional receptor for human hepatitis B and D virus. Elife, 2012. 1: p. e00049.
6. Decorsiere, A., et al., Hepatitis B virus X protein identifies the Smc5/6 complex as a host restriction factor. Nature, 2016. 531(7594): p. 386-9.
7. Jiang, T., et al., Structural and biochemical analysis of Bcl-2 interaction with the hepatitis B virus protein HBx. Proc Natl Acad Sci U S A, 2016. 113(8): p. 2074-9.
8. Su, X., et al., Molecular basis underlying histone H3 lysine-arginine methylation pattern readout by Spin/Ssty repeats of Spindlin1. Genes Dev, 2014. 28(6): p. 622-36.
9. Zhao, F., et al., Molecular basis for histone H3 "K4me3-K9me3/2" methylation pattern readout by Spindlin1. J Biol Chem, 2020. 295(49): p. 16877-16887.
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