تقليد الهستون بواسطة بروتين SARS-CoV-2 يعطل التنظيم اللاجيني للخلايا المضيفة

تقليد الهستون بواسطة بروتين SARS-CoV-2 يعطل التنظيم اللاجيني للخلايا المضيفة

وفي دراسة حديثة نشرت في طبيعة أظهر الباحثون أن بروتين فيروس كورونا 2 (SARS-CoV-2) المسبب لمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة يعمل كمقلد للهيستون لتعطيل التنظيم اللاجيني للخلايا المضيفة.

Studie: SARS-CoV-2 stört die epigenetische Regulation des Wirts durch Histon-Mimikry. Bildquelle: PHOTOCREO Michal Bednarek/Shutterstock

تشير الأدلة الحالية إلى أن الإصابة بفيروس SARS-CoV-2 تثبط الاستجابات المناعية الفطرية وتعطل التنظيم اللاجيني. ومع ذلك، كيف يحدث هذا لا يزال مجهولا. في حالات نادرة، يمكن لفيروسات ضارة أخرى أن تتداخل مع التنظيم اللاجيني عن طريق محاكاة البروتينات المضيفة، وخاصة الهستونات. تقوم الهستونات بتعبئة الحمض النووي في هياكل معقدة وتنظم الوصول إلى الجينوم.

تخضع الهستونات لمجموعة من التعديلات ما بعد الترجمة (PTMs) التي يتم تنظيمها ديناميكيًا للتحكم في التعبير الجيني. يسمح تقليد الهستون للفيروسات بتعطيل قدرة الخلايا على الاستجابة للعدوى وتنظيم التعبير الجيني. ومع ذلك، لم يتم التحقق من صحة تقليد الهيستون بواسطة الفيروسات التاجية (CoVs) بعد.

الدراسة والنتائج

بحثت الدراسة الحالية فيما إذا كان SARS-CoV-2 يستخدم تقليد الهيستون للتأثير على تنظيم الكروماتين والاستجابة للعدوى. أولاً، أجرى الباحثون مقارنة المعلوماتية الحيوية لبروتينات SARS-CoV-2 مع الهستونات البشرية. كان هناك تطابق متطابق من ستة بقايا بين الأحماض الأمينية 50-55 من إطار القراءة المفتوح 8 (ORF8) والمناطق الحرجة في الطرف N من هيستون H3.

تقع هذه البقايا في منطقة مضطربة على سطح ORF8 المونومري. ومن المثير للاهتمام أنه تم العثور على تسلسل ARKS ضمن هذا الشكل، والذي يوجد في موقعين مختلفين في ذيل H3. كشف التوصيف البروتيني أن DNA methyltransferase 1 (DNMT1) هو الشريك الملزم لـ ORF8.

بعد ذلك، تم فحص التوطين داخل الخلايا لـ ORF8 لتحديد ما إذا كان يعمل كتقليد للهيستون. تم نقل خلايا HEK293T باستخدام بنية تحمل علامة Strep ترميز ORF8، والتي تم تصورها باستخدام مسبار الفلورسنت. أظهر التألق المناعي أن ORF8 كان موضعيًا عادةً في السيتوبلازم والمحيط النووي.

ومع ذلك، أظهر تجزئة الخلية أنها كانت موجودة في كل من النواة والسيتوبلازم. بالإضافة إلى ذلك، وجد الفريق أن ORF8 تم تجميعه مع اللامينات B1 وA/C في الخلايا المنقولة. تم تأكيد نمط التعبير في خط الخلايا A549 المصاب بـ SARS-CoV-2 الذي يعبر عن الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 (ACE2). بعد ذلك، تم تقييم ارتباط الكروماتين باستخدام زيادة تركيزات الملح. ينفصل ORF8 عن جزء الكروماتين بتركيزات ملح مماثلة مثل اللامينات والهستونات.

في المقابل، أدى حذف نموذج ARKSAP في ORF8 (ORF8ΔARKSAP) إلى تمكين التفكك عند تركيزات ملح أقل، مما يشير إلى أن نموذج محاكاة الهيستون المفترض يؤثر على قوة الارتباط بين ORF8 والكروماتين. أظهر الترسيب المناعي للكروماتين بالتسلسل (ChIP-seq) إثراء ORF8 داخل مناطق جينومية محددة، خاصة تلك المرتبطة بتعديل H3K27me3.

تم العثور على ORF8 أيضًا ليرتبط بـ lysine acetyltransferase 2A (KAT2A). لم يرتبط ORF8ΔARKSAP ببروتينات الكروماتين، مما يشير إلى أن نموذج ARKSAP يعزز ارتباط ORF8 ببروتينات الكروماتين. تم إجراء تحليل الطيف الكتلي المستهدف لمعرفة ما إذا كان موقع تقليد الهيستون قد تم تعديله بشكل مشابه للهستونات. حدد هذا بقايا اللايسين في موقع التقليد المقترح الذي تم أستيله بشكل مشابه لهيستون H3.

علاوة على ذلك، تسبب تعبير ORF8 في انخفاض كبير في وفرة KAT2A، في حين ظلت بروتينات الصفيحة النووية ومستويات الهيتروكروماتين المرتبطة بالصفائح دون تغيير أو زادت بشكل طفيف. بعد ذلك، لاحظ الفريق أن هيستونات PTMs المرتبطة بالقمع النسخي قد زادت في خلايا HEK293T المنقولة التي تعبر عن ORF8، في حين تم استنفاد تلك المرتبطة بالتعبير الجيني النشط. على وجه الخصوص، تم تعطيل العناصر الموجودة داخل نموذج ARKS لـ H3 بشكل كبير.

أظهر اختبار الكروماتين الذي يمكن الوصول إليه عبر الترانسبوزيز باستخدام التسلسل عالي الإنتاجية أن ORF8 قلل من إمكانية الوصول إلى الكروماتين، ولكن ليس ORF8ΔARKSAP. تم إجراء تسلسل الحمض النووي الريبي (RNA) لتحديد الجينات المعبر عنها تفاضليًا (DEGs) في الخلايا المنقولة. شارك ORF8 وORF8ΔARKSAP مجموعة فرعية من DEGs، لكن وجود نموذج تقليد الهيستون أدى إلى تغييرات أقل ديناميكية في التعبير الجيني.

كانت الجينات التي تم ضبطها استجابةً لـ ORF8 مقارنة بـ ORF8ΔARKSAP تتمتع بإمكانية وصول أفضل للكروماتين ومستويات قاعدية أعلى من تعديل H3K9ac مقارنة بالجينات المنتظمة. بعد ذلك، تم إنشاء فيروس SARS-CoV-2 المتحور الذي يفتقر إلى ORF8 (SARS-CoV-2ΔORF8)؛ وتمت إصابة خلايا A549ACE2 بهذا الطافر أو SARS-CoV-2 لمقارنة مستويات الجينوم الفيروسي وإنتاج الجسيمات الفيروسية.

لم تكن هناك اختلافات في عيار الفيروس أو عدد نسخ الجينوم بعد 24 ساعة، ولم تظهر سوى تغييرات طفيفة بعد 48 ساعة. تسببت عدوى SARS-CoV-2 في زيادة قوية في هيستونات PTMs القمعية (H3K9me3 وH3K27me3). وعلى العكس من ذلك، تم تخفيف هذا التأثير في غياب ORF8.

أظهرت التجارب الإضافية التي أجريت على فيروس SARS-CoV-2 المتحور والتي تم فيها حذف نموذج ARKSAP من ORF8 (SARS-CoV-2ΔARKSAP) توهينًا كبيرًا لتأثيرات العدوى على H3K9ac وإمكانية الوصول إلى الكروماتين، مما يكرر تأثيرات حذف ORF8. أدت الإصابة بـ SARS-CoV-2 من النوع البري إلى تقليل تعبير KAT2A، في حين أن عدوى SARS-CoV-2ΔARKSAP أو SARS-CoV-2ΔORF8 لم تفعل ذلك.

أخيرًا، أُصيبت الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات (iPSC) المشتقة من النوع الثاني من الخلايا السنخية الرئوية (iAT2) بخلايا SARS-CoV-2 البرية والمتحولة. تم تقليل عدد نسخ الجينوم للفيروسات الطافرة بعد 48 ساعة من الإصابة، مما يشير إلى أن ORF8، وخاصة نموذج ARKSAP، يؤثر على تكاثر الفيروس. كانت جزيئات الفيروس التي ينتجها متحور ΔORF8 أقل من جزيئات الفيروس من النوع البري. في المقابل، يبدو أن متحور ΔARKSAP يشبه النوع البري من فيروس SARS-CoV-2، مما يشير إلى أن ORF8 لديه وظيفة مستقلة عن ARKSAP لتوليد الجسيمات الفيروسية.

الاستنتاجات

وأظهرت الدراسة أن ORF8 لـ SARS-CoV-2 يحتوي على نموذج ARKS وأن التعبير عن ORF8 يعطل تنظيم هيستون PTMs. ووجد الباحثون ارتباط ORF8 بالبروتينات المرتبطة بالكروماتين والصفيحة النووية والهستونات. على غرار الهستونات، يخضع ORF8 للأستلة داخل نموذج تقليد الهيستون.

أدى حذف ORF8 إلى انخفاض في تكرار الفيروس في خلايا iAT2، في حين تأثر رقم نسخة الجينوم الفيروسي بشكل واضح بفقد نموذج تقليد الهيستون. بشكل عام، حدد الباحثون حالة جديدة من تقليد الهيستون أثناء عدوى SARS-CoV-2 ووصفوا الآليات التي يعطل الفيروس من خلالها تنظيم كروماتين الخلية المضيفة.

مرجع:

• Kee J, Thudium S, Renner DM, et al. (2022). SARS-CoV-2 stört die epigenetische Regulation des Wirts durch Histon-Mimikry. Natur. doi: 10.1038/s41586-022-05282-z https://www.nature.com/articles/s41586-022-05282-z