BRD4调控单纯疱疹病毒感染的分子机制及信号过程研究

Herpes simplex virus, including HSV-1 and HSV-2, is a common pathogen of human diseases affecting over two thirds of world population. The virus can infect mucosal epithelia of the mouth and genitalia and has the ability to establish latency within neurons. We reported recently that HSV lytic infection required BRD4 protein expression since the protein recruits P-TEFb to viral gene promoters for efficient transcription. In the preliminary studies, we showed that HSV infection activated JNK, a serine/threonine protein kinase. A recent report showed that JNK was in association with viral gene promoters, and could phosphorylate histone-3 to promote IE gene transcription. We hypothesized that JNK activation is responsible for BRD4 translocation from chromatin-targeting to viral gene transcription. The project therefore focuses on mechanistic studies of JNK activation in BRD4 redistribution and in HSV infection. There 2 specific aims: aim 1) mechanisms of BRD4 regulating HSV lytic infection; aim 2) role of JNK in BRD4 translocation and complex formation involving P-TEFb and RNA polymerase II. In addition, we will also investigate viral factors that may interfere with host gene transcription. The general strategies to carry out those studies involve the use of cell cultures, laser confocal microscope, and gene mutant animals. Characterization of factors that regulate HSV infection and reactivation will shed lights towards our understanding of HSV infection and reactivation.

单纯疱疹病毒(HSV-1、HSV-2)感染极为普遍，有溶细胞感染和潜伏感染两种形式，潜伏感染再激活是反复感染的主要原因，影响人类健康以及肿瘤临床治疗。我们发现BRD4通过招募P-TEFb等至病毒基因启动子区，调控 HSV溶细胞感染；前期工作显示HSV感染及BRD4再定位均需要JNK，进而推论JNK可能通过影响BRD4调控HSV感染。课题拟从基因转录及信号传导过程研究BRD4和JNK通路调控HSV感染的分子机理。具体研究内容包括：1）BRD4及其介导的转录复合物在HSV感染中的作用机制；2）JNK 信号通路调控 BRD4再定位及HSV感染的分子机理以及在潜伏再激活中的作用。利用微生物学、细胞生物学技术，结合基因敲除小鼠感染模型等，分析信号传导、蛋白-蛋白相互作用以及与病毒基因复制和 HSV 再激活的关系，阐明 JNK以及BRD4调控HSV感染作用机理，为抗HSV研究提供靶点。

病毒潜伏感染极其普遍，常见重要病毒比如单纯疱疹病毒、带状疱疹病毒、EB病毒、HIV及腺病毒等都有潜伏感染现象。病毒潜伏再激活是造成再感染的主要原因，影响人类健康及疾病治疗过程。课题研究单纯疱疹病毒感染过程中JNK通路调控BRD4解离在HSV感染中的作用，包括：1）BRD4及其介导的转录复合物在HSV-1感染中的作用机制；2）JNK 信号通路调控 BRD4再定位及HSV感染的分子机理以及在潜伏再激活中的作用，系统阐述病毒潜伏及再激活感染的分子机制。课题执行期间，我们建立了HSV-1潜伏感染小鼠模型，研究了HSV-1再激活过程中宿主基因变化；创新性地建立了基于细胞转分化的复制感染及潜伏感染转化模型；研究了JNK信号通路及抗肿瘤药物促HSV感染的机制及与BRD4的关系，发现HSV-1感染可以诱导BRD4从染色质解离，导致其与p-TEFb结合，促进基因转录；药物抑制或siRNA干扰JNK表达可以抑制BRD4解离，阻碍HSV感染，表明 HSV病毒的复制依赖于JNK活性及JNK活化介导的BRD4再定位；利用蛋白质谱鉴定了BRD4磷酸化位点，并制备抗磷酸化抗体及表达载体突变体证明关键磷酸化位点与感染的关系，从肿瘤药物再激活HSV感染，到JNK的作用及机制，系统研究了BRD4磷酸化及再定位与HSV感染的关系。课题执行期间，我们研究了腺病毒潜伏及再激活感染研究。腺病毒为呼吸道感染常见病毒，也具有潜伏及再激活感染特点。人扁桃体及肠息肉组织是腺病毒潜伏的主要部位，具有研究病毒潜伏再激活的无可比拟的优点。我们发现摘除扁桃体及肠肠息肉组织中普遍存在腺病毒DNA，绝大多数以潜伏感染形式存在，共存细菌病原体毒素及模式分子可以再激活腺病毒感染，可能与儿童上呼吸道反复感染及部分营养失衡儿童便血有关。这些工作为研究重要病毒潜伏再激活感染建立了模型，对验证重要靶点打下了基础。