甲型流感病毒NS1蛋白通过抑制转录机制抑制核斑介导的基因表达

本研究揭示了甲型流感病毒(IAV)非结构蛋白NS1通过靶向核斑(NSP)抑制宿主基因转录的新机制。研究人员通过构建NS1亚细胞定位突变体，结合单分子定位显微镜(STORM)和RNA测序技术，发现NS1的效应结构域在NSP中的定位是其抑制宿主基因表达的关键。该研究为理解IAV宿主关闭(host shutoff)现象提供了空间生物学视角，对开发抗病毒策略具有重要意义。

　　

流感病毒每年造成全球数百万人感染，其致病性与病毒逃逸宿主免疫防御的能力密切相关。甲型流感病毒(IAV)的非结构蛋白NS1作为多功能的毒力因子，通过干扰宿主基因表达实现"宿主关闭"(host shutoff)效应。尽管已知NS1能结合宿主细胞切割和多聚腺苷酸化特异性因子30(CPSF30)抑制mRNA加工，但NS1如何在空间上调控宿主转录仍不清楚。特别值得注意的是，前期研究发现NS1并不直接结合基因组DNA，这提示其可能通过核内无膜细胞器发挥作用。核斑(Nuclear speckles, NSP)作为富含RNA加工因子的动态核区室，与基因表达调控密切相关，成为研究NS1作用机制的理想切入点。

德国明斯特大学病毒研究所的Wolfgang Nacken、Juliane Mayr、André Schreiber和Stephan Ludwig团队在《npj Viruses》发表的研究，系统阐明了NS1通过靶向NSP抑制宿主转录的分子机制。研究采用亚细胞定位工程、超分辨率显微镜、报告基因系统和转录组分析等技术，构建了NS1亚细胞定位与功能的关系图谱。

NS1缺失天然核定位信号但通过SV40-NLS定位于核内颗粒结构
通过反向遗传学构建的重组病毒证实，缺失天然核定位信号(NLS)但融合SV40-NLS的NS1在感染中形成核内颗粒聚集，与野生型NS1同样有效抑制报告基因表达。单分子定位显微镜(STORM)显示野生型NS1分布于染色质间隙，暗示其可能通过核内区室发挥作用。

NS1与核斑共定位
利用分裂GFP系统证实NS1与NSP标志物Cyclin L1共定位。通过融合NS1与不同核斑标记蛋白(SRRM1、SC35等)的定位域，构建了系列亚细胞定位明确的NS1变体，发现只有定位于NSP或副核斑(paraspeckles)的NS1能有效抑制SV40启动子驱动的报告基因表达，而结合细胞骨架或染色质的NS1则无此功能。

NS1效应结构域足以抑制基因表达
通过构建NS1截短体发现，其78-200氨基酸区域的效应结构域(ED)在NSP定位时即可介导转录抑制，而N端RNA结合域非必需。在感染模型中，定位于NSP的NS1-CyclinL1病毒与野生型病毒同样有效抑制宿主基因表达，而胞质定位的lifeAct-NS1病毒则丧失该能力，且病毒滴度降低10倍，证实NS1核内定位对病毒复制的关键作用。

NS1通过NSP抑制转录而非影响剪接
RNA-seq分析显示NSP定位的NS1导致宿主基因polyA信号下游通读(DOG)现象，但剪接报告基因实验表明NS1不影响mRNA剪接效率。通过稳定整合基因组的报告系统证实，NS1对染色质整合基因的抑制同样依赖NSP功能，SON蛋白(核斑结构必需蛋白)的敲除显著减弱NS1的抑制效应。

转录抑制是NS1功能核心
qRT-PCR证实NS1通过降低mRNA转录水平而非影响稳定性来实现抑制。值得注意的是，NS1介导的转录抑制具有基因选择性，如组蛋白和GAPDH基因不受影响，提示病毒可能精细调控宿主转录程序。

该研究首次建立了IAV NS1蛋白亚细胞定位与转录抑制功能的直接关联，揭示NSP作为NS1作用的关键靶标区室。这不仅解释了NS1不结合DNA却能全局调控转录的矛盾现象，也为理解病毒-宿主互作的空间调控提供了新范式。从转化医学角度看，针对NS1-NSP相互作用的抑制剂可能成为抗流感药物开发的新靶点。研究采用的定位域融合策略为其他病毒蛋白的功能定位研究提供了方法学参考。值得注意的是，不同流感病毒株NS1与CPSF30结合能力的差异可能影响其NSP依赖的抑制效率，这为解释病毒株间致病性差异提供了分子基础。