乙肝病毒（HBV）感染是我国乃至世界严重的公共卫生问题，是肝炎的主要原因之一。长期感染会导致肝纤维化、肝硬化甚至肝癌。目前，全球约有2.5亿慢性HBV感染者。HBV基因组DNA是一个松弛的环状DNA（rcDNA），长度约3.2 kb。一旦细胞被感染，RCDNA将进入细胞核并转化为共价闭合环DNA（cccDNA），CCCDNA是HBV所有病毒基因转录的模板，以微染色体的形式稳定存在，难以清除，是HBV反复复发和难以清除的根本原因[1， 2], 因此研究HBV cccdna转录调控的分子机制具有重要的科研价值和临床研究意义。
2023年8月3日，清华大学医学院李海涛研究小组、北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究所李文辉研究小组与清华大学医学院副教授王大亮合作。Nature communications杂志在线发表题为"Molecular insights into Spindlin1-HBx interplay and its impact on HBV transcription from cccDNA minichromosome"研究论文(Spindlin1-HBx互作及其影响乙肝病毒闭合环状DNA微染色体转录的分子机理分析)，HBV编码的关键调节蛋白HBX如何通过劫持和使用表观因素Spindlin1蛋白来克服异染色质障碍，从而促进HBV cccdNA转录的分子机制。
HBV相互调节Spindlin1-HBX CCCDNA微染色体状态切换与转录的机制示意图
通过基于表面等离子共振成像（SPRi）多肽阵列筛选技术[3]、等温热滴定（ITC）通过结构生物学等方法发现HBx的N端保守序列(第2-21位氨基酸，HBx2-21)可以与Spindlin1蛋白的第3个Tudor结构域相互作用，并分析了Spindlin1-HBx2-21复合物的晶体结构。然后，通过结构分析、生化结合和细胞实验，发现HBx蛋白与Spindlin1第三个Tudor的结合可以很好地与Spindlin1第一和第二个Tudor结构域对组蛋白甲基化修饰的识别共存。有趣的是，体外ITC实验表明，Spindlin1对组蛋白H3“K4me3-K9me3”二价修饰的识别能力提高了3.5倍，亲和力提高了3.8 纳摩尔是迄今为止报道的最强组蛋白修饰识别事件。然后，研究人员利用李文辉教授的研究小组发现并建立了HBV感染HepG2-NTCP细胞模型[4， 5]进行了一系列功能实验。研究表明，Spindlin1-HBx互动可以促进HBV CCCDNA的转录，以及HBV的促进作用 CCCDNA微染色体从H3K9me3标志的异染色质状态向H3K4me3标志的活跃染色质状态的转变有关。值得一提的是，该研究还发现，Spindlin1和HBX的N端保守序列互作会影响HBX蛋白质构象的变化，将HBX构象从折叠的不活跃状态转变为延伸的活跃状态，从而促进HBX和DDB1等其他互作因素 [6]和Bcl-2 [7]HBV基因组活化的协同调节。
本研究揭示了Spindlin1与HBX蛋白相互作用的结构基础，并通过调节HBV来阐述了Spindlin1-HBX 改变CCCDNA的状态和HBX蛋白质构象，促进HBV转录的分子机制。李海涛研究小组致力于揭示表观调节因素在遗传信息解读中的作用机制，以及癌症、病毒、白血病等人类疾病的发生。在之前的报道中，李海涛研究小组发现，表观调节因子Spindlin1可以通过其第一和第二个Tudor结构区域识别各种组蛋白甲基化修改模式，并对上游甲基化的不同“书写器”做出反应（writer）通道，识别不同基因组段的H3K4me3修饰或修饰组合景观，从表观遗传层面调节重要基因的表达[8， 9]。本研究阐明了Spindlin1蛋白的三个Tudor结构域可以共同促进HBV CCDNA的转录拓宽了对HBV生命周期中表观调节因素的特殊作用机制的理解，为靶向HBV慢性感染及相关疾病的治疗提供了重要的理论基础。
清华大学医学院李海涛教授、北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究所李文辉教授、清华大学医学院副教授、清华大学医学院李海涛研究小组博士后刘伟、北京生命科学研究所博士生姚奇艳是本文的共同第一作者，清华大学医学院博士后苏晓楠和2017年医学实验班学生邓雅芳参加了本研究。前中国科学院纳米研究所研究员朱劲松博士及其博士生杨墨在SPRI多肽阵列筛选实验中提供了重要的技术支持。
该工作得到了国家自然科学基金委员会、国家重点研发计划和北京重大科技项目的资助。李海涛教授是清华大学-北京大学生命科学联合中心、北京生物结构前沿研究中心、国家分子肿瘤学重点实验室、教育部蛋白质科学重点实验室、山西医科大学-清华大学医学院前沿医学协作创新中心成员。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-40225-w
