內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒概念：

逆轉(zhuǎn)錄病毒屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒科(Retroviridae)，是一類(lèi)僅感染脊椎動(dòng)物的單鏈正義不分節(jié)RNA病毒。逆轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制需要將病毒RNA基因組逆轉(zhuǎn)錄成為DNA，然后將病毒DNA整合到宿主染色體中形成原病毒(provirus)。逆轉(zhuǎn)錄病毒感染一般發(fā)生在宿主體細(xì)胞內(nèi)；極少數(shù)情況下，逆轉(zhuǎn)錄病毒會(huì)感染宿主生殖細(xì)胞。當(dāng)逆轉(zhuǎn)錄病毒感染宿主生殖細(xì)胞時(shí)，整合到宿主基因組中的逆轉(zhuǎn)錄病毒便會(huì)作為宿主基因組的一部分開(kāi)始從親代到子代的垂直遺傳，形成內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒(endogenous retroviruses)。 內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒廣泛分布于脊椎動(dòng)物基因組中，是脊椎動(dòng)物基因組的重要組成部分；例如，內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒約占人類(lèi)基因組的5%-8%[1,2]。

內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒研究意義[3]

內(nèi)源性病毒元件對(duì)理解病毒遠(yuǎn)古進(jìn)化的意義

病毒的起源可能早于細(xì)胞生命的出現(xiàn)，而且病毒可能對(duì)細(xì)胞生命的起源和早期進(jìn)化有著深遠(yuǎn)的影響，因此研究病毒的起源和遠(yuǎn)古進(jìn)化對(duì)于理解生命的起源具有重要的意義。病毒（尤其是RNA病毒）的進(jìn)化速率很高，通過(guò)分子鐘推斷出來(lái)的病毒起源時(shí)間很近，這與通過(guò)病毒-宿主共進(jìn)化史推斷出的病毒遠(yuǎn)古起源之間存在明顯的不一致。而內(nèi)源性病毒元件隨著宿主的進(jìn)化而進(jìn)化，因此進(jìn)化速率較低。內(nèi)源性病毒元件記錄了遠(yuǎn)古的病毒感染事件，為研究病毒的遠(yuǎn)古進(jìn)化史提供了重要的“分子化石”。例如，使用分子鐘方法估測(cè)現(xiàn)有外源性絲狀病毒（Filovirus）的最近共同祖先的年齡不超過(guò)1萬(wàn)年，而Taylor等人通過(guò)研究哺乳動(dòng)物基因組內(nèi)的內(nèi)源性絲狀病毒直系同源整合事件發(fā)現(xiàn)絲狀病毒至少有幾千萬(wàn)年的歷史。分子鐘方法估計(jì)靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物慢病毒（Lentivirus）僅有幾百年的歷史，而通過(guò)分析內(nèi)源性病毒元件發(fā)現(xiàn)慢病毒在大約2100-4000萬(wàn)年前整合到哺乳動(dòng)物中，說(shuō)明慢病毒是一類(lèi)很古老的病毒?？傊瑑?nèi)源性病毒元件的發(fā)現(xiàn)極大的拓展了我們對(duì)于病毒起源和遠(yuǎn)古進(jìn)化的理解。

內(nèi)源性病毒元件對(duì)宿主生物學(xué)的影響

整合到宿主基因組后，大部分內(nèi)源性病毒元件積累有害突變，在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中逐漸片段化甚至丟失。另一方面，一些病毒基因可能會(huì)對(duì)宿主產(chǎn)生有利的作用，因此會(huì)被宿主保留下來(lái)。在進(jìn)化的過(guò)程中，宿主“馴化”（Domestication）病毒基因使其參與宿主生物學(xué)功能的過(guò)程被稱(chēng)為選配（Co-option）。目前已發(fā)現(xiàn)許多內(nèi)源性病毒元件選配事件，這些選配的內(nèi)源性病毒元件參與了多種宿主生物學(xué)過(guò)程。

內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒對(duì)于宿主而言是一把“雙刃劍”。內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒可以插入到宿主重要基因中，從而破壞相關(guān)基因的表達(dá)。一些人類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄病毒和某些疾病密切相關(guān)，比如人類(lèi)內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒可能引發(fā)精神分裂癥和癌癥。另一方面，脊椎動(dòng)物有時(shí)也會(huì)“馴化”內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因?yàn)榧河?，此過(guò)程也被稱(chēng)為擴(kuò)展適應(yīng)(Cooption或exaptation)。脊椎動(dòng)物能夠招募內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的蛋白參與到自身的生命活動(dòng)中，例如對(duì)抗病毒感染和胎盤(pán)形成。內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒env基因產(chǎn)物可以結(jié)合并封閉宿主細(xì)胞表面受體，干擾外源病毒與宿主細(xì)胞受體間的識(shí)別，從而使宿主細(xì)胞免受外源病毒的侵染。內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒基因產(chǎn)物介導(dǎo)的抗病毒策略在鼠、火雞、貓和綿羊等動(dòng)物中均有發(fā)現(xiàn)。除干擾外源病毒結(jié)合宿主細(xì)胞受體外，內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒編碼的蛋白還可幫助宿主阻礙外源逆轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制。

內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒在調(diào)控宿主基因表達(dá)過(guò)程中也發(fā)揮了重要的作用。逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組中含有很多順勢(shì)作用元件，因此內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒插入到基因的調(diào)控區(qū)域可能會(huì)改變基因的表達(dá)模式。Chuong等人發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒參與到了干擾素應(yīng)答轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化，并在多種哺乳動(dòng)物中獨(dú)立地成為很多干擾素誘導(dǎo)基因的增強(qiáng)子。此外，基因組內(nèi)特定位置內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的同源重組還會(huì)介導(dǎo)染色體重排的發(fā)生，在脊椎動(dòng)物基因組進(jìn)化中發(fā)揮了重要作用。

對(duì)宿主免疫的影響

宿主會(huì)招募內(nèi)源性病毒元件的蛋白來(lái)對(duì)抗外源病毒的感染。選配的病毒蛋白對(duì)抗外源病毒感染發(fā)生在病毒生命周期的各個(gè)階段。在許多脊椎動(dòng)物中，內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的被膜蛋白會(huì)與外源病毒的被膜（Env）蛋白競(jìng)爭(zhēng)細(xì)胞表面受體蛋白，從而保護(hù)宿主免受外源病毒入侵。宿主限制性因子Fv1（Friend virus susceptibility 1）來(lái)源于選配的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的衣殼蛋白（Gag），Fv1蛋白可直接結(jié)合侵入細(xì)胞的外源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的衣殼蛋白，阻止病毒遺傳物質(zhì)的釋放，從而抑制外源病毒的復(fù)制。

對(duì)宿主生理學(xué)的影響

宿主選配的內(nèi)源性病毒元件除了參與到宿主免疫反應(yīng)外，還可能參與到宿主其它生理學(xué)過(guò)程中。人類(lèi)胚胎發(fā)育過(guò)程需要合胞素蛋白（Syncytin）誘導(dǎo)形成合胞體，人類(lèi)合胞素蛋白便來(lái)源于內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的被膜蛋白。許多哺乳動(dòng)物在進(jìn)化過(guò)程中至少十次獨(dú)立選配內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的被膜病毒形成合胞素蛋白。內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒被膜蛋白的選配事件對(duì)于哺乳動(dòng)物胎盤(pán)的起源和進(jìn)化具有十分重要的影響。此外，Redelsperger等發(fā)現(xiàn)合胞素蛋白也可以促進(jìn)成肌細(xì)胞融合和肌肉形成，該研究可能有助于我們理解哺乳動(dòng)物肌肉雌雄二型性產(chǎn)生的機(jī)制。

對(duì)宿主基因表達(dá)的影響

病毒基因組本身能夠編碼順式調(diào)控元件（Cis-regulatory elements）來(lái)調(diào)控病毒基因的表達(dá)。整合到宿主組之后，內(nèi)源性病毒元件的順式作用元件會(huì)影響附近宿主基因的表達(dá)。例如，逆轉(zhuǎn)錄病毒的長(zhǎng)末端重復(fù)序列（Long terminal repeats，LTRs）含有調(diào)控病毒基因表達(dá)的增強(qiáng)子，在整合事件發(fā)生后，有些內(nèi)源性病毒的編碼區(qū)域被清除遺留下長(zhǎng)末端重復(fù)序列，這些單獨(dú)的長(zhǎng)末端重復(fù)序列上的增強(qiáng)子會(huì)被宿主選配來(lái)調(diào)控宿主基因的表達(dá)。此外，內(nèi)源性病毒元件來(lái)源的長(zhǎng)鏈非編碼RNA（Long non-coding RNA，lncRNA）會(huì)作為啟動(dòng)子修飾哺乳動(dòng)物的胚胎干細(xì)胞多能性。

內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的挖掘方法[4]

傳統(tǒng)方法就不介紹了，在二代測(cè)序技術(shù)出現(xiàn)后，越來(lái)越多的物種基因組被公布，尤其是今年來(lái)三代測(cè)序技術(shù)發(fā)展，在全基因組水平上系統(tǒng)地挖掘和分析內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒成為可能。

目前已有多種方法可在全基因范圍內(nèi)進(jìn)行內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的挖掘，較常用的是RetroTector。該方法主要是通過(guò)首先識(shí)別內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒兩端的長(zhǎng)末端重復(fù)區(qū)域(LTR)，接著識(shí)別病毒蛋白保守域(motif)，再重建原始逆轉(zhuǎn)錄病毒蛋白質(zhì)序列等來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的挖掘。但是，如果內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒插入到宿主基因組時(shí)間較久，那么它們會(huì)在進(jìn)化的過(guò)程中片段化，兩端的LTR可能會(huì)丟失。因此，基于識(shí)別LTR的方法更適合挖掘插入時(shí)間較近、結(jié)構(gòu)相對(duì)完整的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒，但可能會(huì)低估內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的多樣性。

南京師范大學(xué)韓老師課題組自己建立的方法：

新方法基本思路如圖2.1所示, 可以分為三個(gè)主要步驟,詳細(xì)過(guò)程見(jiàn)參考[4]的論文材料方法部分。

內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒在宿主基因組中的擴(kuò)增方式[4]

內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的在宿主基因組中增殖方式主要有兩種，一種是生殖細(xì)胞或者體細(xì)胞中的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒能夠產(chǎn)生完整的病毒顆粒，這些病毒可以重新整合到其他宿主細(xì)胞中，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為重感染(reinfection)。重感染是人類(lèi)基因組中內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒增殖的主要方式。除此之外，內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒也可以通過(guò)轉(zhuǎn)座的方式實(shí)現(xiàn)擴(kuò)增。其中，通過(guò)自身基因編碼的病毒蛋白在生殖細(xì)胞中増殖的方式為順式(ds)轉(zhuǎn)座，該方式需要內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒具有功能性的gag、pol和env基因。但是，有一些內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒可利用感染同一細(xì)胞的其它逆轉(zhuǎn)錄病毒編碼的蛋白質(zhì)實(shí)現(xiàn)自身增殖，并不需要完全具有三種功能性基因，這種方式稱(chēng)為反式(trans)轉(zhuǎn)座。有研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座增殖的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒拷貝數(shù)更多。內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒LAPs(intracistemalA-tpye particles)雖然缺少基因，但也可以通過(guò)轉(zhuǎn)座的方式在宿主基因組中迅速增殖。

補(bǔ)充學(xué)習(xí)

擬逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組都可編碼逆轉(zhuǎn)錄酶（Reverse transcriptase，RT）和核糖核酸酶H1（RNase H1，RH）。逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組為單鏈RNA，而擬逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組為雙鏈DNA [5]。與逆轉(zhuǎn)錄病毒不同的是，擬逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組不編碼整合酶，其復(fù)制過(guò)程無(wú)需整合到宿主基因組中。擬逆轉(zhuǎn)錄病毒可以感染植物（花椰菜花葉病毒科）和脊椎動(dòng)物（嗜肝病毒科），而逆轉(zhuǎn)錄病毒屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒科，僅感染脊椎動(dòng)物。

參考文獻(xiàn)：

[1] Belshaw R, Pereira V, Katzourakis A, et al. Long-term reinfection of the human genome by endogenous retroviruses. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2004, 101:4894-4899.

[2] Hayward A, Grabherr M, Jern P. Broad-scale phylogenomics provides insights into

retrovirus—host evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences of the

United States of America, 2013, 110:20146-20151.

[3] 擬逆轉(zhuǎn)錄病毒的起源與進(jìn)化，南京師范大學(xué)，宮震。

[4] 脊椎動(dòng)物內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒多樣性和進(jìn)化的研究, 南京師范大學(xué)，許曉雨。[5] Temin HM. Reverse transcription in the eukaryotic genome: retroviruses, pararetroviruses, retrotransposons, and retrotranscripts. Molecular Biology and Evolution, 1985, 2 :455-468.

聲明：本文絕大部分內(nèi)容來(lái)自參考文獻(xiàn)[3]和[4]兩位老師的畢業(yè)論文，僅僅用來(lái)自己學(xué)習(xí)，方便查找資料，如若侵權(quán)，無(wú)條件刪除。

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