IF=16.6 Nature Communications│HSV-1 ICP22蛋白选择性地破坏基因下游Pol II转录时的组蛋白重定位前言： 2023年7月31日，德国马克西米利安慕尼黑大学信息学研究所Caroline C. Friedel和维尔茨堡朱利叶斯马克西米利安大学病毒学和免疫生物学研究所Lars Dölken教授团队在Nature Communications上发表了题为“The HSV-1 ICP22 protein selectively impairs histone repositioning upon Pol II transcription downstream of genes”的研究论文，揭示了基因下游Pol II组成的变构变化和ICP22介导的对FACT活性的干扰解释了HSV-1感染中Pol II下游组蛋白重定位的差异损伤。
背景介绍： 生产型单纯疱疹病毒1型(HSV-1)感染通过靶向RNA代谢的多个步骤诱导宿主基因表达的深度关闭。这减少了抗病毒宿主反应，并促进了高效的、成效性的感染。细胞基因转录终止的破坏(DoTT)在HSV-1诱导的宿主细胞关闭中起重要作用。在转录过程中，Pol II移除并随后重新定位组蛋白，以促进有效的转录延伸，同时维持染色质结构。在这里，研究人员证明了在HSV-1感染中，病毒ICP22蛋白是诱导dOCRs所必需的。 图文解析：
图1 要点1： a.在未感染的细胞中，下游开放染色质的普遍缺失表现为绝大多数细胞基因只有短的dOCR。野生型(WT)菌株17和F均能诱导数百个基因的dOCR。然而，这一点在菌株F中略显不足，这与该菌株感染后的转录通读程度较低相一致。值得注意的是，PAA抑制病毒DNA复制显著增加了两种病毒株的dOCR长度，而PAA处理对未感染细胞没有影响。 b.为了评估单个病毒基因在dOCRs诱导中的作用，研究人员首先鉴定了在两种病毒株感染后表现出强烈且一致的dOCR诱导的细胞基因子集。为此，研究人员对mock、WT和WT + PAA感染的dOCR长度进行了层次聚类分析。选择树状图上的分界线，使这些聚类作为单独的聚类，共得到9个不同的基因簇。其中3个(簇合物2、5和6,橙色至红色条形)簇在侵染过程中表现出dOCRs诱导，而6个(蓝色和绿色)簇在侵染过程中未表现出dOCRs诱导。第5簇(305个基因,深红色条)独立于病毒株表现出最强的dOCRs诱导能力。相比之下，Cluster2(290个基因,橙色)和Cluster6(701个基因,红色)的dOCR诱导作用较弱，但在PAA处理后均清晰可见。值得注意的是，这3个簇在感染前存在dOCRs有所差异。c.根据定义，模拟感染中的读取被设置为零，因此没有显示。Cluster2(橙色,弱dOCR诱导)显示出所有簇的通读转录的中位数百分比最高。 d.相反，下游转录活性在Cluster5(深红色,dOCR诱导率最高,p < 0.0005)中显著高于其他所有基因簇。这与感染前Cluster5中较高的基因表达水平(基因FPKM)相吻合，这也在Cluster6中观察到。因此，第5簇包含了由于DoTT导致的下游转录绝对水平最高的表达最强烈的细胞基因。与没有明显诱导dOCRs的基因簇相比，基因簇2和6的下游转录活性也略有升高，但这仅对基因簇2显著。
图2 要点2： a-b.此外，研究人员发现在WT HSV-1感染中，尤其是在PAA处理后，所有4162个分析基因的总和和4sU-RNA的dOCR长度与下游转录活性显著相关。 c.为了分析dOCRs在单基因缺失突变体中的诱导情况，研究人员首先关注Cluster5中的基因。用ΔICP0和Δvhs感染显示dOCRs的诱导水平与WT菌株17相当。 d.令人惊讶的是，即使在PAA处理下，感染ICP22缺失突变体也没有检测到dOCRs的诱导。通过对ΔICP22突变株及其亲本野生株F进行8 h和12 h p.i.±PAA处理的额外ATAC-seq实验，以及使用来自KOS1.1的ΔICP22突变株和来自BAC的野生株17的ΔICP22突变株，均证实了这一点。 e.尽管在ΔICP22感染中存在强烈的DoTT，但在所有4162个分析基因中，无论是在匹配的总RNA样本中，还是在先前发表的来自ΔICP22感染细胞的4s U-seq数据中，都没有观察到下游转录活性与dOCR长度之间的相关性。 f.因此，从之前发表的ΔICP27感染4的4s U-seq数据中提取的下游转录活性与dOCR长度(基于所有4126个分析基因)相关，但与WT感染相比程度较小。
图3 要点3： a.正如预期的那样，在没有ICP27诱导的通读转录的情况下，Dox诱导的ICP22表达和单独Dox诱导的ICP27表达都不能诱导dOCRs。 b-c.相反，Dox诱导的ICP27和ICP22的共表达导致了dOCRs的广泛诱导，这与基因下游的转录活性相关。研究人员的总RNA-seq数据也证实了先前在HeLa细胞中的发现，这表明ICP27的异位表达足以破坏转录终止。研究人员推断，在ICP27诱导的通读转录中，ICP22足以诱导dOCRs。
图4 要点4： a-c.为了确定与dOCRs相关的组蛋白和组蛋白修饰占有率在mock和HSV-1感染之间的差异，研究人员分别对dOCRs强诱导的基因(Cluster5)和无dOCR诱导的基因(除Clusters2,5和6外的所有基因)进行了集合基因分析。 d-e.值得注意的是，对于具有强烈诱导dOCRs的基因(Cluster5)，与未感染的细胞相比，在PAA处理的WT strain17感染中，所有三种组蛋白的覆盖率都降低，从TTS周围或稍微上游开始，并延伸到TTS下游约25 kb。 f-g.值得注意的是，H3K27甲基化在所有蛋白编码基因和没有dOCR诱导的基因中都表现出极显著的基因体增加。同时也观察到Cluster5基因的增加，但并不显著。对于这两种组蛋白修饰标记，Cluster5基因在TTS或TTS上游到TTS下游约25 kb的区域内选择性减少。 h.为了证实TTS下游核小体丰度的变化与dOCRs的诱导特异性相关，研究人员在8 h p.i.对H1在mock、WT和ΔICP22感染中进行了ChIP。
图5 要点5： a-c.SPT6和FACT(SSRP1)的缺失均未导致ΔICP22或模拟侵染中dOCR的显著诱导。 d-e.值得注意的是，FACT的敲低也导致数百个基因在基因体内染色质可及性增加。 f-g.在mock和ΔICP22感染的细胞中敲低FACT也导致基因体内染色质可及性的适度增加，分别为202和164个基因，分别减少了51和96个基因。这些数据直接暗示FACT参与了Pol II后ICP22介导的组蛋白重新定位的损伤。 本文小结： 综上所述，HSV-1感染和各种应激原均可引起下游基因的广泛转录，但dOCR仅在HSV-1感染时出现。此次研究通过证明病毒ICP22蛋白是诱导HSV-1感染中dOCR所必需的来解释这种差异。因此，研究发现更强调了在没有HSV-1诱导的宿主转录关闭的情况下，研究病毒早期基因产物在宿主转录机制中的功能的重要性。 参考文献： Djakovic, L., Hennig, T., Reinisch, K. et al. The HSV-1 ICP22 protein selectively impairs histone repositioning upon Pol II transcription downstream of genes. Nat Commun 14, 4591 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-40217-w |
