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醫(yī)學(xué)資訊
中國(guó)科學(xué)家聯(lián)合報(bào)道：新冠病毒RNA不具備整合進(jìn)宿主基因組的能力
SARS-CoV-2是一種具有高度傳播性的單股正鏈RNA病毒，是COVID-19嚴(yán)重流行的病因。SARS-CoV-2具備高傳染性特性，并通過侵犯多器官系統(tǒng)而引起嚴(yán)重臨床癥狀。本研究聚焦新冠病毒RNA基因組是否整合到受其感染的宿主細(xì)胞基因組的可能性。
2021年8月2日，中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所(國(guó)家生物信息中心)楊運(yùn)桂團(tuán)隊(duì)和中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所彭小忠團(tuán)隊(duì)合作在Protein & Cell在線發(fā)表了題為Comprehensive analysis of RNA-seq and whole genome sequencing data reveals no evidence for SARS-CoV-2 integrating into host genome的研究成果(該工作已于2021年6月7日提交到預(yù)印本)【1】。這項(xiàng)工作通過對(duì)SARS-CoV-2感染的人和猴細(xì)胞進(jìn)行了RNA測(cè)序(RNA-Seq)和全基因組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)了SARS-CoV-2感染的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果中存在宿主-病毒嵌合序列，深入研究確定了這類嵌合序列實(shí)質(zhì)是在文庫(kù)構(gòu)建過程中引入的隨機(jī)性連接片段;并通過宿主細(xì)胞全基因組測(cè)序，進(jìn)一步確認(rèn)不存在相對(duì)應(yīng)的嵌合DNA序列，排除了SARS-CoV-2病毒RNA基因組整合到宿主DNA基因組中的可能性。
首先對(duì)SARS-CoV-2感染的人類(293T、Huh-7和Calu-3)和猴細(xì)胞系(Cos-7和MA-104)進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。在轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果中鑒定到宿主-病毒嵌合RNA片段(約占病毒測(cè)序讀段總量的0.5 %-1.8 %)，但這些嵌合事件重復(fù)性極低;進(jìn)一步對(duì)嵌合宿主基因的表達(dá)水平進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)宿主基因嵌合事件發(fā)生頻率與其表達(dá)水平高度相關(guān)。上述結(jié)果提示這些嵌合事件可能并不發(fā)生在基因組DNA水平及不通過轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生，更可能是通過某種隨機(jī)性途徑引入的。
研究進(jìn)一步通過對(duì)三個(gè)人類細(xì)胞系全基因測(cè)序結(jié)果進(jìn)行分析，在高頻嵌合基因所對(duì)應(yīng)的染色體區(qū)域也沒有發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的宿主-病毒嵌合基因組DNA片段，從全基因組測(cè)序數(shù)據(jù)中未檢測(cè)到任何與SARS-CoV-2參考基因組匹配的DNA讀段。以上結(jié)果表明，SARS-CoV-2并不具備整合進(jìn)宿主基因組的能力，轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)中的嵌合序列可能來(lái)自其它途徑，其中RNA測(cè)序文庫(kù)構(gòu)建過程中的隨機(jī)連接可能性最大。
為驗(yàn)證轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果中嵌合事件來(lái)源由文庫(kù)構(gòu)建過程隨機(jī)連接引入，本研究通過對(duì)SARS-CoV-2感染細(xì)胞和未感染斑馬魚胚胎的RNA進(jìn)行混合，然后構(gòu)建RNA測(cè)序文庫(kù)并進(jìn)一步進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，結(jié)果表明：除了預(yù)期的人-病毒嵌合RNA片段，還檢測(cè)到了自然條件下不可能存在的斑馬魚-病毒嵌合RNA片段，且不同物種的嵌合讀段數(shù)與各自在混合樣本中的RNA豐度比例相關(guān)，證明了這類嵌合讀段來(lái)自文庫(kù)構(gòu)建過程中的隨機(jī)連接。
綜上，本研究通過對(duì)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、全基因組測(cè)序以及混合樣本轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果的系統(tǒng)性分析，排除了SARS-CoV-2整合進(jìn)宿主基因組的可能性(下圖)。值得關(guān)注的是，近期Zhou Li-Quan研究組分析公共轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2感染的人類細(xì)胞逆轉(zhuǎn)座子表達(dá)水平升高，并鑒定到了病毒-宿主嵌合RNA讀段【2】;Rudolf Jaenisch研究組利用過表達(dá)LINE-1細(xì)胞系的研究系統(tǒng)，通過納米孔長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序技術(shù)對(duì)宿主DNA進(jìn)行測(cè)序，鑒定到了SARS-CoV-2基因組RNA的3’末端區(qū)域通過逆轉(zhuǎn)錄整合進(jìn)宿主基因組中事件【3】。而另外兩個(gè)獨(dú)立研究發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2不整合到宿主細(xì)胞基因組，與本研究的結(jié)論一致。其中，Geoffrey J. Faulkner研究組同樣使用納米孔長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序技術(shù)對(duì)SARS-CoV-2感染的正常HEK293T細(xì)胞進(jìn)行了DNA 測(cè)序，未發(fā)現(xiàn)任何LINE-1介導(dǎo)的SARS-CoV-2基因組整合信號(hào)【4】;Majid Kazemian研究組則通過對(duì)SARS-CoV-2感染細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，同樣揭示了宿主-病毒嵌合RNA片段的隨機(jī)性和低重復(fù)性【5】。
圖：轉(zhuǎn)錄組及全基因組測(cè)序揭示新型冠狀病毒RNA不具備整合進(jìn)宿主基因組的能力
中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所(國(guó)家生物信息中心)楊運(yùn)桂研究員、楊瑩副研究員和中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所彭小忠研究員為本文的共同通訊作者。中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所(國(guó)家生物信息中心)特別研究助理陳宇晟博士、高級(jí)工程師張兵博士，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所魯帥堯研究員為本文的共同第一作者。
值得一提的是，幾天前Cell Reports在線發(fā)表了澳大利亞昆士蘭大學(xué)的科研人員相關(guān)研究，該研究同樣不支持新冠病毒RNA整合到宿主基因組。
