病毒对人类健康构成持续威胁，并且可能是免疫适应的强大进化驱动力。因此，确定可防止病毒感染的宿主因素至关重要。源自古老的逆转录病毒生殖系感染的内源性逆转录病毒 (ERV) 是哺乳动物基因组的丰富成分。ERV序列是进化中新基因的来源。ERV衍生的包膜 (ENV) 可以通过与外源病毒的靶细胞受体结合并竞争其作为抗病毒因子。今天小编就带大家阅读一篇2022年10月28日发表在Science（IF:63.714）的一篇文献。看看作者又会带给我们那些新的发现！

来自逆转录病毒的人源蛋白的进化和抗病毒活性

Evolution and antiviral activity of a human protein of retroviral origin

文章概括

内源性逆转录病毒是人类生殖系感染的丰富组成部分，来自古代生殖系感染的人类基因组。 在几种哺乳动物中，由这些元件编码的包膜蛋白可以抵御外源性病毒，但这种活性尚未在人类内源性表达的包膜中得到证实。作者发现人类基因组含有大量的包膜衍生序列，有可能限制逆转录病毒感染。为了测试这一点，作者对一种包膜衍生蛋白即：Suppressyn进行了表征。 发现Suppressyn使用其祖先的逆转录病毒启动子在人类植入前的胚胎和发育中的胎盘中表达。细胞培养分析表明，Suppressyn 及其类人猿直系同源物可以限制现存哺乳动物D型逆转录病毒的感染。 本研究的数据支持用于宿主免疫和基因组防御的逆转录病毒包膜共同选择的通用模型。

主要结果

抗病毒ENV衍生的开放阅读框的表达情况

作者研究了人类基因组以寻找潜在的抗病毒ENV衍生的开放阅读框 (envORFs)，它编码至少 70 个氨基酸，预计包括受体结合表面 (SU) 结构域。该搜索确定了 1507个独特的envORF，包括目前注释为人类基因的约20个ENV衍生序列，例如 Supppressyn (SUPYN)、Syncytin-1 和 Syncytin-2。这个数字与之前对 ERV 衍生的 ORF 的全基因组扫描一致，预测了1731个与逆转录病毒包膜同源的ORF。接下来，作者挖掘了从人类胚胎和各种成人组织产生的转录组数据集，并观察到约44%的 envORF在至少一种所调查的细胞类型中显示出RNA表达的证据（图1A）。这些分析揭示了表达 envORFs 的三个一般趋势：（i）与已知的ENV衍生基因一样，envORFs 表现出组织特异性表达模式，但有些被广泛表达（HERVK13、ERV3；HERV，人类内源性逆转录病毒）（图1A)； (ii) 大多数envORFs在人类早期发育过程中表达，通常在干细胞和原始生殖细胞和/或胎盘中（图1A）； (iii) 除了大脑，envORFs 在正常条件下很少在分化组织中表达（图1A）。因为抗病毒因子通常在免疫细胞中表达和/或在免疫刺激或感染后被诱导，作者还使用从各种免疫细胞生成的转录组数据集来分析envORF表达。这些分析表明，很大一部分envORFs（来自多个家族的145个基因座）在免疫细胞中表达，并且倾向于由免疫刺激诱导（图1B）。一部分envORF在HIV感染时被诱导（图 1C）。这些数据表明，人类基因组拥有大量的ENV衍生序列，这些序列具有编码受体结合蛋白的潜力。许多以组织特异性或感染诱导的方式表达，表明它们可能起到抗病毒因子的作用。作为测试envORF 抗病毒活性的范例，本研究专注于SUPYN有两个主要原因。首先，据报道SUPYN在发育中的胎盘中表达，正如许多envORF所观察到的那样，这是一种易受病毒感染的组织，并且是防止垂直传播给胎儿的屏障。 其次，SUPYN缺乏跨膜结构域，但保留了结合氨基酸转运蛋白ASCT2（也称为SLC1A5）的能力，它是多种逆转录病毒的受体，包括内源性和外源性病毒，例如猫中的RD114和旧大陆猴 (OWM) 中的猿逆转录病毒 (SRV)。 这些病毒统称为 RD114 和D型 (RDR) 逆转录病毒。作者假设SUPYN可能通过其与ASCT2 的结合来限制RDR逆转录病毒。

SUPYN在人类发育和组织中的表达和调控

作者分析了公开可用，来自成人组织、植入前的胚胎、人类胚胎干细胞系(hESC)、体外滋养细胞（TB）分化模型以及在怀孕的多个阶段分离的胎盘外植体的bulk RNA-seq、单细胞RNA-seq、ATAC-seq , DNase-seq, and ChIP-seq数据。除睾丸和小脑外，SUPYN 表达通常较低 或在不在成人组织中表达。 SUPYNis在八细胞发育阶段的植入前胚胎中高表达（图2A）。因此，对应于祖先HERVH48原病毒的长末端重复序列 (LTR)的SUPYN启动子区域以从八细胞到胚泡阶段的几个可接近染色质峰为标志。在 hESCs中，SUPYNRNA 丰富（图2A），其启动子区域以转录活性染色质的组蛋白修饰特征为特征并受核心多能性和自我更新转录因子的约束（图2B）。在hESC向TB分化期间，占据 SUPYN 启动子区域的多能性因子（NANOG、OCT4）被 TB 特异性转录因子取代，并且在所有分析的TB中保持活性染色质标记谱系（图2B）。这些观察表明 SUPYN 表达在TB分化过程中持续存在。接下来，作者挖掘了胎盘在多个发育阶段产生的单细胞 RNA-seq 数据。根据已知标记对细胞簇进行分类后，发现 SUPYN 和 ASCT2 在细胞滋养细胞 (CTB) 和绒毛外滋养细胞 (EVTB) 中的表达相对较高，但在合体滋养细胞 (STB) 中也可检测到（图2C -F)。为了证实这些转录组观察，作者对着床前胚胎以及孕中期和孕晚期胎盘中的 SUPYN 进行了免疫染色。在早期胚胎中，SUPYN 主要在滋养外胚层中检测到，滋养外胚层会产生胎盘，在一些表达 OCT4 的细胞中可以检测到，这些细胞标志着胚泡的多能干细胞（图2G）。在胎盘中，SUPYN 广泛表达于STB和孕中期胎盘绒毛的潜在 CTB 中（图2H）。结合转录组、基因组调控数据和免疫组织化学染色确定SUPYN在整个人类胎儿发育过程中表达。这些分析还表明 SUPYN 转录始终从其祖先的 HERVH48原病毒开始（图2B）。

SUPYN的表达情况与胚胎和生殖系统的RDR感染有关

Jar、JEG3和H1细胞对水疱性口炎病毒糖蛋白G（HIV-VSVg）敏感，如先前报道的，但对 HIV-RD114 感染具有抗性。不表达 SUPYN的293T细胞同样容易受到 HIV-RD114和HIV-VSVg的感染（图3A、B和C）。为了测试 SUPYN 是否有助于 HIV-RD114 抗性表型，作者在Jar细胞中重复了这些感染实验。 Jar细胞中SUPYN的消耗导致对HIV-RD114感染的易感性显着增加，但对 HIV-VSVg 感染没有影响（图3D）。为了证实 SUPYN 表达赋予 RD114 抗性和控制SUPYN靶向shRNA的潜在脱靶效应，作者使用两种抗shRNA、血凝素 (HA) 标记的SUPYN 拯救构建体转染 JarshSUPYN 细胞，并检查它们对 HIV-RD114 感染的易感性。用SUPYN-rescSP或SUPYN-lucSP转染恢复了对 HIV-RD114 感染的显着抗性（图3E）。转染细胞裂解物的蛋白质印迹分析显示 SUPYNrescSP比SUPYN-lucSP 表达更高（图 3F）。这些结果表明，SUPYN 表达至少部分负责防止Jar细胞免受RD114env介导的感染。为了测试单独的 SUPYN 表达是否足以提供针对 RD114env 介导的感染的保护，我们用未修饰或带有 HA 标记的 SUPYN 过表达构建体转染 293T 细胞，随后用 HIV-RD114 或 HIV-VSVg 感染两组细胞。作为阳性对照，我们还用未经修饰的 RD114env 过表达构建体转染了 293T 细胞，预计该构建体会赋予对 HIV-RD114 的抗性。 SUPYN 或 RD114env 的表达导致 HIV-RD114 感染水平降低约 80%（图3G 、H），但对 HIV-VSV 感染性没有显着影响（图 3I）。总之，我们的敲低和过表达实验表明 SUPYN 表达足以赋予对 RD114env 介导的感染的抗性。RD114env 特异性抗性表型表明 SUPYN 通过受体干扰限制病毒进入（图3G- I）。如果是这样，这种保护作用应该扩展到由其他RDRenv介导的感染，作者研究发现SUPYN 可以限制由多个RDRenv介导的感染（图 3J）。抗性由结合 ASCT2 的ENV 赋予，例如 SUPYN，而不是由结合其他细胞受体的那些赋予（图3H 和I）。此外，作者观察到SUPYN过表达导致293T细胞中 ASCT2 蛋白水平降低（图3K）。这一结果表明，如果SUPYN通过受体干扰起作用，它与 ASCT2 的相互作用会导致部分受体降解，这与受体干扰的某些情况一致)。SUPYN可以在分泌途径内或分泌后在细胞外结合ASCT2（图 3L）。

SUPYN抗病毒活性的进化

作者使用比较基因组学研究了作用于SUPYN的起源和功能限制。在整个人科动物中，SUPYNORF在长度上几乎完全保守，但在OWM中则不然，在OWM中，某些物种的ORF表现出移码和截短突变(图4A)，这表明SUPYN在人科动物和OWM的不同进化机制下进化。在五种OWM中，只有非洲绿猴SUPYN表现出中等但显著的抗病毒活性(图4、B和C)。这些数据表明，抗RDRenv介导的感染的SUPYN抗病毒活性在约2000万年的类人猿进化过程中得以保留，但在几个OWM谱系中明显丢失。

总结

文章到这里就要结束了。在人类基因组可能含有许多其他逆转录病毒衍生的蛋白质，对病毒感染具有保护作用。这些序列等待着大家探索发现，测序技术的快速发展为这些探索提供了便利条件！感兴趣的小伙伴一定不要错过了呦~