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常见非逆转录rna病毒(Koala基因组逆转录病毒侵袭后的piRNA反应)

常见非逆转录rna病毒(Koala基因组逆转录病毒侵袭后的piRNA反应)我们还发现了三种内源性逆转录病毒,分别命名为ERVL.1、ERV.1和ERVK.14,它们的拷贝数小于1%,表明这些元素最近也很活跃。大多数转座子亚家族都是由短而简并的拷贝所代表,这些拷贝似乎是不活动的。然而,参考基因组携带7个全长拷贝的KoRV-A,其序列差异小于0.5%。值得注意的是,从昆虫到胎盘哺乳动物,非剪接前病毒转录本的选择性pRNA处理是保守的。我们推测,绕过剪接会产生一种保守的分子模式,将前病毒基因组转录本引导到pRNA生物发生机制,而这种“先天”的piRNA反应抑制转位,直到产生反义piRNA,从而建立序列特异性的适应性免疫。为了确定Korv-A入侵的基因组背景,我们对考拉参考基因组中的内源性转座子进行了描述。分析发现402个转座子亚家族,占基因组的44%。

论文:The piRNA Response to Retroviral Invasion of the Koala Genome(Koala基因组逆转录病毒侵袭后的piRNA反应)

常见非逆转录rna病毒(Koala基因组逆转录病毒侵袭后的piRNA反应)(1)

摘要

反义pRNAs引导已建立的转座子在生殖细胞的发育过程中沉默,而正义的pRNAs驱动反义池的乒乓扩增,但生殖细胞是如何对基因组入侵作出反应的尚不清楚。

KoRV-A型伽马反转录病毒感染巨细胞体和生殖细胞,并通过水平和垂直转移的方式横扫野生考拉,从而可以直接分析逆转录病毒侵入生殖细胞基因组的情况。

γ-逆转录病毒产生剪接环境变化MRNAs和编码gag、POL和病毒基因组的非剪接转录本,但KoRV-A pRNAs几乎完全来源于未剪接的基因组转录本,且具有强烈的感觉链偏向性。

值得注意的是,从昆虫到胎盘哺乳动物,非剪接前病毒转录本的选择性pRNA处理是保守的。

我们推测,绕过剪接会产生一种保守的分子模式,将前病毒基因组转录本引导到pRNA生物发生机制,而这种“先天”的piRNA反应抑制转位,直到产生反义piRNA,从而建立序列特异性的适应性免疫。

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KoRV-A和3个内源性反转录转座子在考拉种系中具有活性

为了确定Korv-A入侵的基因组背景,我们对考拉参考基因组中的内源性转座子进行了描述。分析发现402个转座子亚家族,占基因组的44%。

大多数转座子亚家族都是由短而简并的拷贝所代表,这些拷贝似乎是不活动的。然而,参考基因组携带7个全长拷贝的KoRV-A,其序列差异小于0.5%。

我们还发现了三种内源性逆转录病毒,分别命名为ERVL.1、ERV.1和ERVK.14,它们的拷贝数小于1%,表明这些元素最近也很活跃。

为了确定这些元件是否表达,我们对两种先前未被鉴定的动物(分别命名为K 63464和K 63855)的组织进行了rna-seq测序,并重新分析了来自另外两个个体的rna-seq数据--Birke和pc。

KoRV-A和少数内源性转座子在所有四种动物的多个组织(包括睾丸)中都有表达,这些转座子具有全长度、低差异拷贝。KoRV-A的表达水平最高,其次是ERVL.1、ERV.1和ERVK.14(图1A),表明所有四个元素当前都处于活动状态。

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A.本文用热图描述了转座子亚家族在四只树袋熊组织中的表达水平:K 63464和K 63855,以及Birke和PC。只显示表达水平高于1 RPKM的转座子。

B.新的种系插入数(定义为读取到整合点两端的读数和至少从一个考拉个体的一个组织中的外显度大于0.4)。9个高表达转座子亚家族图1A单独作图,其余转座子家族被集合并标记为其他家族。

C.维恩图显示组织样本间的KoRV-A插入重叠。(左)KoRV-A插入到K 63464的睾丸、肝脏和脑基因组中。(右)KoRV-在K 63464,K 63855,Birke和PC中插入生殖细胞。

树袋熊pRNAs的基因组来源

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A.一种基因间和单向的piRNA簇。在适当的情况下,上面的轨道显示了pRNA簇和转座子插入的位置。正链pRNA簇或转座子拷贝以蓝色显示,而负链拷贝则显示为红色。

紫色的中间轨道显示长RNA丰度(在RPKM中),绿色的底部轨道显示pRNA丰度(在PPM中;所有映射者)。这些轨道符号也用于B-D.

B.一对基因间双向的piRNA簇。

C.一种基因和单向的piRNA簇。

D.在正链中插入一个Ko.ERV.1的基因间和单向的piRNA簇。

E.(1)基因组定位(蓝色基因簇,蛋白质编码基因重叠,基因间红色);(2)方向性(双向,转录的piRNA簇以绿色轮廓显示,单向簇,黄色轮廓)。黑数表示每个类别中的piRNA簇数。

F.氧化K 63855睾丸中簇状体产生的pRNAs的大小分布。

G.一种显示从氧化K 63855睾丸团簇中衍生的pRNAs核苷酸组成的序列标志。

H.氧化型K 63855睾丸中双链和负链pRNA重叠核苷酸的分布。在10 nt重叠处最明显的峰是乒乓扩增的特征。

转成簇会促进反义RNA的产生吗?

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A.针对所有转座子的小RNA的大小分布。

B.转座子靶向pRNAs的序列标识。

C.正反义转座子靶向pRNAs之间重叠核苷酸的分布。

D.比较针对所有转座子亚家族的正义pRNAs和反义piRNAs丰度(在PPM中)的散射图。每个点代表一个转座子亚家族:不存在于pRNA簇中的亚家族是黄色的,而在pRNA簇中的亚家族是绿色的。半折和二折是用虚线标记的。

E.针对KoRV-A、Ko.ERV.1、Ko.ERVL.1和Ko.ERVK.14的pRNAs的大小分布。对K 63855的氧化睾丸RNA进行了小片段RNA测序。

未剪接的KoRV-A转录本被加工成感觉链pRNAs

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A.归一化长RNA和pIRNA在考拉睾丸中穿过KoRV-A,正义读蓝,反义读红。主要外显子-外显子连接的连接与剪接位点的比率是由长RNA或piRNA读定义的。

下面的轨道画出pRNAs与长RNA的比值,并在内含子上方升高,这与未剪接的基因组转录本的优先处理一致。

B.规范化的长RNA和piRNA跨越基因的第四到第八个外显子。PI-phaCin-PC-ARHGAP 20集群。

大多数长RNA和pRNAs在外显子-外显子连接处被剪接,pRNAs在外显子上富集,pRNA与长RNA的比值高于内含子,表明剪接转录本的加工优先。

C.比较长RNA读取和piRNA读取确定的剪接指数的散点图,比较成年考拉、大鼠、牛、负鼠、鸡和果蝇睾丸转座子外显子连接以及小鼠粗线精母细胞(PSC)和圆形精子细胞(RST)的剪接指数。

长RNA读取定义的剪接指数明显高于pirna读取的外显子-外显子连接点是红色的,否则是灰色的,而点的大小显示了统计意义(卡方检验p值)。

非剪接前病毒转录本的pRNA处理是高度保守的

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A.5种小鼠睾丸转座子亚家族表达的热图:AKR、C3H、C57BL/6J、C57BL/6NJ和LP。只有表达水平高于1 RPKM的转座子家族。AKV标记为紫色,仅在AKR小鼠中过度表达。

B.直方图总结了针对AKR睾丸所有转座子的小RNA的大小和链丰度。

C.AKR小鼠睾丸正反转座子靶向pRNAs重叠频率的研究。

D.直方图显示靶向AKV的pRNAs的大小和链偏差。

E.不支持乒乓球的AKV pRNAs正反义重叠频率。

F.正规化长RNA和piRNA跨AKV,正义读取蓝色和反义阅读红色。主要内含子的连接与剪接位点读取的比率表明:25%的长RNA被剪接,但没有一个pRNA读到外显子-外显子连接处。下面的轨道画出pRNAs与长RNA的比值,并在内含子上方升高。

讨论

野树袋熊的感染提供了一个独特的机会来直接分析生殖系对逆转录病毒侵入基因组的反应。

令人惊讶的是,受KRV-A感染的动物基因组测序显示,新入侵者和三个常驻反转录转座子亚家族正在进行种系转移。P元素入侵果蝇基因组与内源性转座子家族激活有关。

最近HIV感染与体细胞中的第1行激活有关。增加了内源性树袋熊反转录转座子被KoRV-A入侵激活的可能性.内源性转座子激活机制P目前还不清楚这种dna转座子的动员会导致双链dna断裂,而遗传毒性应激会干扰转座子在多种系统中的沉默。

由KoRV-A转位引起的基因组不稳定可激活损伤反应,抑制已建立的转座子家族的沉默。或者,病毒经常表达宿主防御系统的抑制剂,而KoRV-A可以编码一种RNA或蛋白质,干扰转座子沉默。

最后,内源性元素在KoRV-A感染之前可能是活跃的.小牛病毒A在内源性转座子动员中的作用可以通过对生存在栖息地南端的天真动物的分析来检验。


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