中国科学院上海巴斯德研究所崔杰课题组揭示逆转录病毒包膜蛋白的进化历程和遗传多样性

古老的逆转录病毒（retrovirus）偶然感染宿主的生殖细胞并发生整合作用后能够以孟德尔遗传方式保留下来，而这类病毒元件称为内源性逆转录病毒（endogenous retrovirus, ERV）。这类病毒元件并不陌生，例如人类基因组中便有8%左右的遗传物质由ERV组成，并且越来越多的研究发现ERV以不同的形式发挥着生物学功能。ERV见证了祖先宿主演化的历程，因此是研究逆转录病毒进化的重要“分子化石”，而非羊膜动物关于ERV的研究几乎空白。完整的ERV基因组由三个核心基因组成：编码核心蛋白的 gag，编码逆转录酶的pol和编码包膜蛋白的env；其中包膜蛋白（Env）决定了病毒感染的宿主范围，它的进化历程也是科学界关心的话题。研究两栖类、鱼类等非羊膜动物ERV，为逆转录病毒的古老海洋起源理论、选配作用等提供了有力的证据。

（图示: 新型gamma-type Env的表征与分类：（A） Env的系统发育树。利用跨膜亚基（TM）保守区域的氨基酸序列建立了系统发育树。新发现的ERVs标记为红色。宿主信息用彩色阴影的方框表示。（B） TM中氨基酸的二级结构和亲水性评分预测结果。上部为二级结构，下部为相应的氨基酸亲水性指数。Alpha-螺旋被标记为红色框，Beta-折叠被标记为绿色框。 Jnetconf代表预测精度的可靠性，范围在0到9之间。（C）对代表性ERVs-GTE和其他外源病毒的FP、ISD、CX6CC基序和侧翼保守结构域进行比对。（D）携带 gamma-type Env的ERVs命名规则。）

　　崔杰团队通过基因组大数据分析，鉴定了三万多个非羊膜动物ERVs，证实了非羊膜动物的ERV中只存在单一类型的Env——gamma-type Env（GTE）。通过结合系统发育分析，分子结构鉴定和蛋白质二级结构预测，该团队推出7类GTE分型体系，体现了古老ERV的广谱遗传多样性。此外，该团队首次报道了ERV捕获宿主细胞阿片生长因子受体基因（OGFr）的事件，表明宿主的基因亦可以整合入病毒基因组。这些发现为研究ERV的古老进化历程提出了新的见解，揭示了逆转录病毒的复杂进化历史。

　　　（病毒捕获宿主基因模式图）

　　课题组科研助理陈毅聪和国科大博士研究生王晓静为本文的共同第一作者，课题组科研助理陈毅聪和崔杰研究员为本文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金等项目的资助。

　　文章链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/jvi.02072-21

来源：中国科学院上海巴斯德研究所