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狂犬病毒：结构、组成、感染循环和生命周期(13)

已有 363 次阅读 2026-2-6 15:00 |个人分类:狂犬病防治|系统分类:科普集锦

狂犬病毒：结构、组成、感染循环和生命周期(13)

(Rabies virus: Structure, composition, infection cycle and life cycle)

前记:

目前国际上关于狂犬病研究最权威最全面的大型学术专著是《狂犬病：科学基础和管控（RABIES: SCIENTIFIC BASIS OF THE DISEASE AND ITS MANAGEMENT）》，简称《狂犬病(RABIES)》。该书最新版（第４版）已于2020年5月面世。

该书共有22章，其中第2章是《Rabies virus(狂犬病毒）》。

现将此章的内容全文翻译成中文供参考。

第2章　狂犬病毒(13)

Rabies virus

3 基因组与RNP结构（续）

3.3 基因的转录 (Transcription of genes)

根据目前被广泛接受的单股负链病毒(MNV)转录的“终止/起始”模型，狂犬病毒的转录起始于或邻近于其3'端的基因组启动子（GP）（图2.3），并且基因的转录遵循强制性的顺序进行（Flamand & Delagneau, 1978; Holloway & Obijeski, 1980）。从弹状病毒的3'端前导区(Le region)观察到的、丰富的58个核苷酸长、具有5'-三磷酸且不带多聚腺苷酸尾的前导RNA的合成（Colonno & Banerjee, 1978; Leppert, Rittenhouse, Perrault, Summers, & Kolakofsky, 1979），最初支持了一种模型，即前导RNA的合成是下游蛋白质编码基因转录的绝对必要条件。然而，最近来自多个病毒系统的数据也支持存在不依赖于前导RNA合成的转录起始机制（Noton, Tremaglio, & Fearns, 2019）。

位于前导区下游的蛋白质编码基因被保守的基因边界信号所分隔。这些信号在病毒RNA转录过程中指导聚合酶的活性，但在病毒RNA复制过程中必须被忽略。它们通过一个终止/多聚腺苷酸化信号来指定上游mRNA的结束，并通过一个起始信号来指定下游mRNA的开始。通常，终止信号和起始信号由一个很短的、很可能不被转录的基因间间隔序列所隔开。在水泡性口炎病毒中，这些间隔序列总是包含2个核苷酸，而狂犬病毒属病毒的间隔序列则多为2个（在N/P基因边界）、5个（在P/M和M/G边界）以及19-28个核苷酸（在G/L边界），尽管在某些狂犬病毒属病毒的M/G边界也观察到了一些变异（16个核苷酸）。

终止/多聚腺苷酸化信号的特征是一连串大多为7个U的残基（在狂犬病毒中为3'-…ACUUUUUU…-5'），聚合酶在此处反复“口吃”式地前后(stutters back and forth) 移动，从而合成一个50-150个核苷酸长的多聚腺苷酸尾（Barr, Whelan, & Wertz, 1997）。聚合酶被认为在无需离开N-病毒RNA模板的情况下，释放新生成的多聚腺苷酸化mRNA，并在保守的重新起始信号（3'-…UUGURRNGA…-5'）处启动下游基因的转录，从而使顺序基因之间的边界信号不被转录。正如对水泡性口炎病毒所展示的那样，重新起始过程涉及L蛋白通过一种非常规的加帽机制添加一个典型的5'-7-甲基鸟苷酸帽（Both, Moyer, & Banerjee, 1975; Ogino, 2014; Lij et al., 2008; Ogino & Banerjee, 2007）。L基因的终止/多聚腺苷酸化信号后面没有跟随重新起始信号，这意味着下游约占狂犬病毒属病毒基因组RNA 70个核苷酸的尾随序列不会被转录。

由于聚合酶只能从基因组的3'端进入，并且在每一个基因连接处都可能发生聚合酶的最终解离，导致上游（靠近启动子的）mRNA的产量比下游mRNA更为丰富。这种类型的转录衰减是一种非常简便且高效的方法，用以实现基因产物的差异表达水平。因此，单股负链病毒基因组的保守基因顺序似乎反映了病毒完成其生命周期所需的相对蛋白量。

mRNA转录梯度的陡峭程度取决于聚合酶在基因边界处从模板上解离的速率。对于狂犬病毒，有证据表明重新起始受到基因间区域长度的影响，即终止/多聚腺苷酸化信号与重新起始信号之间的距离。狂犬病毒属病毒的一个保守特征是G/L基因边界处延长的基因间间隔序列，这被解释为反映了下调L蛋白表达的需要。确实，人工构建的双顺反子狂犬病毒微型基因组显示，N/P、P/M和M/G基因边界处长度为2或5个核苷酸的短间隔序列能够指导报告基因的高水平表达，而来自G/L边界的24个核苷酸长的间隔序列在介导下游报告基因表达方面效率很低（Finke, Mueller-Waldeck, & Conzelmann, 2003）。此外，在重组狂犬病毒中用N/P基因间的2个核苷酸替换长的G/L基因间间隔序列，会导致L mRNA的转录更加丰富。这与L蛋白更高的积累量和病毒RNA合成的整体增加相关（Finke, Cox, & Conzelmann, 2000）。由此产生的病毒在体外显示出明显的细胞病变效应，这种表型预计对像狂犬病毒这样依赖隐匿策略进行致病的病毒是有害的。因此，通过G基因和L基因之间较长的基因间区域进行转录衰减来弱化L蛋白的表达，似乎对狂犬病毒和其他狂犬病毒属病毒是有利的。

另一项观察也强烈支持需要特异性限制狂犬病毒聚合酶的表达，即在包括Evelyn-Rokotniki-Abelseth (ERA)株和PV株在内的多个病毒株中，G开放阅读框下游的非编码区存在额外的终止信号或类终止信号序列。这些信号包含5个或6个U残基，可以在一定比例的G mRNA中导致转录终止和多聚腺苷酸化，从而除了标准的全长G mRNA外，还会产生较短的G mRNA（Conzelmann et al., 1990; Morimoto, Ohkubo, & Kawai, 1989; Tordo, Poch, Ermine, Keith, et al., 1986）。据推测，在上游信号处终止转录的聚合酶复合体无法在L基因的起始信号处重新启动，因为它无法应对长达数百个核苷酸的“基因间区域”。因此，只有那些在具有24个核苷酸长间隔序列的下游G/L边界处终止的聚合酶复合体，才能贡献于L mRNA的转录。G和L基因之间的额外转录终止信号，其目的可能在于限制L mRNA的转录，而非如最初提出的那样是一个已消失基因的残余（Tordo, Poch, Ermine, Keith, et al., 1986）。G基因的非编码区对病毒生长并非关键，因此已被优先用于替换插入单个或多个额外基因（Finke & Conzelmann, 2005; Gomme, Wanjalla, Wirblich, & Schnell, 2011; Schnell, Mebatsion, & Conzelmann, 1994）。

弹状病毒基因组的组织结构简单且模块化：（i）顺反子由短的基因边界信号定义；（ii）基因表达主要取决于基因的位置。近年来，这种结构已被众多反向遗传学方法所利用，包括添加额外的单个或多个基因以及重新排列基因顺序（Conzelmann, 2004）。确实，人为地将病毒基因转移到基因组中的其他位置，已成为研究基因剂量对弹状病毒生命周期和致病性影响的多功能工具（Ball, Pringle, Flanagan, Perepelitsa, & Wertz, 1999; Brzo´zka et al., 2005; Novella, Ball, & Wertz, 2004）。例如，对于狂犬病毒，将P基因从第二个位置移动到最下游的第五个位置，揭示了需要高水平的P蛋白才能成功对抗细胞的抗病毒干扰素反应（Brzo´zka et al., 2006）。将狂犬病毒的M基因移到最靠近启动子的位置，揭示了其对病毒转录调控的贡献（Finke et al., 2003）；而插入多个G基因则被用于增强抗原表达以达到疫苗目的（Faber et al., 2009）。