MiR-H3调控HIV-1病毒复制的机制研究

The viral replication regulation of HIV-1 virus is closely related to the disease progression of AIDS. Our group has demonstrated that cellular microRNAs (miRNAs) contribute to the regulation of viral replication, but little is known about how virus derived miRNA(s) participates this process. To this end, our preliminary work identified a novel HIV-1 encoded miRNA, miR-H3, via the combination of computational prediction and experimental validation such as northern blot. When it was deficient, the viral replication of wildtype HIV-1 virus was significantly impaired. Interestingly, this miRNA is enriched in nucleus and targets HIV 5' LTR region, suggesting it functions in the nucleus with an unconventional paradigm known for miRNAs. The goal of this project is to further investigate the mechanism of how this miRNA regulate viral replication in nucleus. We will identify the targeting site of miR-H3 and investigate whether the promoter associated RNA or epigenetic modifications in HIV-1 promoter are affected by miR-H3. Furthermore, the role of Ago proteins, the key factors of RNA interfering pathway, in this regulation will be assayed. Our results will shed great light on the understanding of HIV-1 viral replication regulation and contribute to prevention and control of AIDS.

HIV-1病毒的复制调控与艾滋病病程发展密切相关，现已发表的结果表明宿主的微小RNA(miRNA)参与了这一调控过程，但尚无HIV-1自身编码的miRNA调控病毒复制的报道。本项目前期工作鉴定了一个新的HIV-1病毒编码的miRNA-miR-H3。突变该miRNA后，野生型HIV-1病毒的复制能力显著下降，表明其能够增强HIV-1病毒复制。MiR-H3在细胞核中有明显富集，并通过靶向病毒启动子增强病毒基因表达，表明其调控机制与传统miRNA在细胞质中抑制基因翻译不同。本项目将继续研究miR-H3调控病毒复制的分子机理，鉴定其调控靶点，检测该miRNA是否通过调节启动子相关的非编码RNA或启动子表观遗传学修饰来影响病毒转录；以及AGO蛋白等是否参与这一过程。本研究将揭示病毒miRNA调控自我复制的新策略，并阐明其在转录水平上调控病毒转录的新机制，为艾滋病的防控及临床治疗提供参考。

由于HIV-1病毒编码的微小RNA(miRNA) 在宿主细胞中的丰度较低，学术界对HIV-1是否编码miRNA及其调控功能一直存在争议。本项目通过结合计算机预测及深度测序的方法，鉴定了一个新的HIV-1编码的miRNA, miR-H3。对该miRNA进行无义突变后，野生型HIV-1NL4-3病毒株复制能力受到显著影响，表明该miRNA对于病毒复制具有重要作用。miR-H3作用于HIV-1 5’ LTR 增强病毒基因转录。miR-H3与HIV-1 5’ LTR核心启动子TATA box通过序列特异性的相互作用增强病毒转录活性。激活潜伏感染的HIV-1对于治愈艾滋病(AIDS)具有重要意义，根据以上研究结果合成的靶向HIV-1 TATA box的小RNA能够激活接受HAART治疗病人CD4+T细胞中HIV-1的复制，提供了一种特异性激活HIV-1 潜伏感染的新方法。上述结果发表在病毒学专业期刊《Retrovirology》(IF:4.8)。.由于miR-H3靶向细胞核中整合到染色体上的HIV-1 5’ LTR，靶位点数量非常少，故miR-H3不需要高丰度即可行使调控功能。因此本项目的发现解决了关于HIV-1编码miRNA及其功能的争论。.本项目进一步探讨这一调控方式是否存在于细胞内的miRNA及其调控机制。RNA-ChIP实验表明人类PBMC细胞中许多miRNA与RNA聚合酶PolII及TBP蛋白结合，表明miRNA可能参与转录起始过程的调控。其中let-7i结合白介素2(IL-2)基因启动子TATA box，上调IL-2基因转录和蛋白表达。其调控作用通过增强IL-2转录起始复合体的组装实现。同时HIV-1感染人类CD4+T细胞会抑制let-7i/IL-2通路，引起IL-2表达下调并而导致CD4+ T细胞死亡。这一发现揭示了HIV-1感染导致CD4+ T细胞减少的新通路。上述结果发表在《RNA》(IF:4.6)及《Scientific Reports》(IF:5.2)。.在此基础上，我们发展并优化了一种利用靶向基因TATA box的小RNA来上调基因表达的方法，发表在《PloS ONE》(IF:3.5)。