HIV-1转录激活分子调控网络构建及关键LncRNA识别

HIV-infected patients is increasing in China now, highly active antiretroviral therapy (HAART) can prolong survival time of the patients and reduce the virus to an undetectable level, though it can not be completely removed from human body. In vivo of infected people, HIV-1 can integrate into human genome and form latent state. How to activate the latent virus and turned it into transcriptional activation state then take the advantage of HAART to kill them become an important therapies strategy. Studies have found HIV-1 from latency to transcriptional activation is regulated by microRNA, transcription factors (TFs) and others. Long chain non-coding RNA (LncRNA) has recently been shown to play an important role in HIV-1 transcriptional activation process. However, lots of LncRNA which function and mechanism in this process are not fully elucidated. The regulation network formed between LncRNA and other transcription-related regulatory factors is still unknown. This project is to analyze the gene expression profiles from CD4 + T lymphocyte cells using high-throughput gene microarray technology from long term non-progressors infectors and those who did not receive HAART but with high viral load infectors. Make use of the statistics and bioinformatics methods to construct molecular regulatory network of HIV-1 transcription activation and identify the key LncRNA, so as to clarify the function and mechanism for these factors in the network, then provide reference for AIDS treatment.

我国HIV-1感染者不断增多，高效抗逆转录病毒治疗(HAART)可以延长患者生命，并将病毒降至检测不到的水平，但无法彻底清除病毒。在感染者体内，HIV-1可以整合到人体基因组中形成潜伏感染。如何激活体内潜伏病毒，使其成为转录激活状态，再使用HAART杀灭成为艾滋病治疗的重要理念。研究发现HIV-1从潜伏到转录激活受到microRNA、转录因子（TFs）等调控，近来发现长链非编码RNA（LncRNA）在HIV-1转录激活中起重要作用，但很多LncRNA在其中的功能和机制未阐明，LncRNA与其他调控因子形成的调控网络未知。本研究使用高通量基因芯片技术，对临床长期不进展和维持较高病毒载量HIV-1感染者的CD4+T淋巴细胞进行基因表达谱分析，结合统计学和生物信息学手段构建HIV-1转录激活相关分子调控网络并筛选关键LncRNA，以阐明这些因子之间的功能和作用通路，为艾滋病治疗寻找靶点。

HIV感染人体后病毒基因可以整合到人体基因组中，呈持续性的转录非激活状态。这种状态使得病毒即使处于高效抗逆转录病毒药物治疗下也能长期存在，无法根治。HIV整合到人体细胞基因组中由潜伏状态到转录激活状态受多种细胞因子的调控，LncRNA在其中可能发挥了重要的生物学作用。其可能与宿主体内的miRNA以及与HIV转录功能相关的蛋白或转录因子(均由mRNA翻译产生)发生相互作用来共同调控HIV的转录过程，并形成复杂的生物调控网络，从而发挥其生物学功能。LncRNA可能以内源竞争性RNA（ceRNA）的方式通过应答元件(MREs)与miRNA竞争性结合从而影响miRNA导致的与HIV转录功能相关的靶基因沉默，从而形成了一种RNA间相互作用的调控网络（ceRNA调控网络）。另外，LncRNA也可能通过与某些转录因子(TFs)相互作用而直接参与HIV的转录过程或者间接影响HIV转录相关蛋白的表达而对HIV的转录过程产生影响。.本项目通过采集HIV感染者外周血液样本并分离外周血单个核细胞（PBMCs），对细胞内的HIV相关DNA和RNA进行定量检测，根据检测结果对HIV病毒转录活跃状态进行分析，并进一步分成转录活跃组和相对非活跃组，再以正常人的PBMCs细胞样本作为空白对照组。通过高通量基因芯片技术对三组样本进行LncRNA、mRNA和miRNA基因表达谱检测，筛选三组间差异表达的LncRNA、mRNA和miRNA基因。在此基础上利用生物信息学方法构建：LncRNA-miRNA-mRNA三者间ceRNA调控网络，以及LncRNA-TFs-mRNA三者间关系调控网络。在构建的调控网络基础上进一步分析并筛选出可能与HIV转录功能相关的LncRNA（ADORA2A-AS1、FCGR1B、ATP6V0A1、LOC105373582、LOC107984421），mRNA（EIF2AK2、ATF3、BRCA1、PML、LAMP3），以及调控这些mRNA的miRNA(has-miR-1275)，和可能参与HIV转录过程的TFs（IRF1、NFκB、USF、HSF1、STAT1、STAT2），并通过实时荧光定量PCR方法加以验证。这些基因可能不同程度的直接或间接发挥了HIV的转录调控功能，研究结果为进一步深入研究LncRNA在调控HIV转录过程中的功能和生物学机制奠定了基础。