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寨卡病毒RNA结构通过双位点结合Musashi-1调控其独特神经嗜性

作者及机构
本研究由Xiang Chen（北京微生物流行病研究所病原与生物安全国家重点实验室）、Yan Wang和Zhonghe Xu（清华大学生命科学学院北京结构生物学高精尖创新中心）等共同完成，通讯作者为Xianyang Fang（中国科学院生物物理研究所RNA生物学重点实验室）和Cheng-feng Qin（军事医学科学院微生物流行病研究所）。研究成果于2023年发表在*Nature Communications*（DOI: 10.1038/s41467-023-36838-w）。

学术背景
寨卡病毒（Zika virus, ZIKV）感染孕妇可导致胎儿小头畸形，其机制与病毒特异性靶向神经前体细胞（neural progenitor cells, NPCs）有关。人类RNA结合蛋白Musashi-1（MSI1）在NPCs中高表达，通过结合宿主RNA调控神经干细胞的自我更新。尽管多种RNA病毒基因组中存在MSI1的经典结合位点（MBS，序列为A/GU(1-3)AG），但仅有ZIKV被证实可与MSI1结合。本研究旨在揭示ZIKV基因组中独特的RNA结构如何通过MSI1介导其神经嗜性。

研究流程与方法
1. MSI1结合位点的鉴定
- 研究对象：ZIKV 3’非翻译区（3’ UTR）中的XRN1抗性RNA2（xrRNA2）。
- 实验方法：
- 通过等温滴定量热法（ITC）验证MSI1的RNA识别基序（RRM1和RRM2）与ZIKV 3’ UTR的结合，发现仅xrRNA2具有高亲和力（KD=1.76 μM）。
- 构建3’ UTR突变体（pmbs1m、pmbs2m、pmbs3m），通过RNA pull-down和小角度X射线散射（SAXS）证实xrRNA2中的AUAG基序（pmbs1）为MSI1的关键结合位点。
- 创新方法：结合SAXS和ITC，首次发现xrRNA2的AGAA四环结构（非经典MBS）对MSI1结合至关重要。

1. 病毒复制调控机制

   • 功能验证：
     
     • 在表达MSI1的细胞（如人神经前体细胞HNPCs）中，pmbs1突变病毒（pmbs1m）的复制能力显著降低，而在不表达MSI1的BHK-21细胞中无差异。
       
     • 通过RNA免疫沉淀（RIP）和共聚焦显微镜证实MSI1与ZIKV RNA的共定位依赖pmbs1和AGAA四环。
       
   • 结构分析：
     
     • 氢氘交换质谱（HDX-MS）显示MSI1的RRM1通过非经典界面（α1和α2螺旋）结合AGAA四环，而RRM2通过经典界面（β1和β3链）结合AUAG基序。
       
     • 综合SAXS和计算建模，提出MSI1以“双位点结合模式”识别xrRNA2。
       

2. 进化保守性与病毒改造

   • 跨物种分析：AGAA四环在ZIKV进化中高度保守，而其他黄病毒（如登革病毒DENV）的xrRNA缺乏此结构。
     
   • 功能移植：将ZIKV的pmbs1和AGAA四环移植至DENV4的xrRNA后，突变病毒（DENV4 dxm）在HNPCs中的复制能力显著增强，证实该结构足以赋予病毒神经嗜性。
     

主要结果
1. 双位点结合机制：xrRNA2的AUAG基序（经典MBS）和AGAA四环（非经典MBS）共同介导MSI1结合，缺一不可。
2. 细胞特异性复制：MSI1依赖的ZIKV复制在HNPCs中受pmbs1和AGAA四环调控，而其他黄病毒（如DENV、JEV）无此特性。
3. 结构模型：MSI1的RRM1和RRM2分别通过非经典与经典界面结合RNA，形成“钳形”结构。

结论与意义
1. 科学价值：
- 首次揭示RNA病毒的神经嗜性由RNA三级结构（如四环折叠）与宿主蛋白的独特互作决定。
- 挑战了MSI1仅识别单链RNA的传统认知，提出“双位点结合”新范式。
2. 应用潜力：为ZIKV致畸机制提供分子靶点，并为设计神经嗜性减毒疫苗提供理论依据。

研究亮点
1. 创新发现：AGAA四环作为非经典MBS的鉴定，拓展了RNA-蛋白质互作的研究维度。
2. 技术整合：结合SAXS、HDX-MS和计算建模，建立了研究RNA-蛋白质复合物的多尺度方法。
3. 跨学科意义：将病毒进化、结构生物学与神经病理学关联，揭示了病毒劫持宿主因子的精确机制。

其他价值
研究还发现，xrRNA2除产生亚基因组RNA（sfRNA）外，还可通过MSI1调控病毒复制，提示RNA结构的多功能演化。

此报告全面涵盖了研究的背景、方法、结果与意义，适合学术同行快速把握核心贡献。