甲型流感病毒核蛋白同义密码子优化/去优化对NP-TRIM25互作影响的机制研究

本研究针对甲型流感病毒(IAV)核蛋白(NP)基因同义密码子使用偏好的生物学意义，通过构建全基因密码子优化(NPoptimal)和稀有化(NPrare)突变体，首次揭示TRIM25与NP前段特异性互作关系，发现密码子优化会完全破坏NP-TRIM25结合能力，而稀有化仅显著削弱互作强度。该成果为解释IAV NP基因强密码子偏好性维持机制提供新视角，对理解病毒-宿主协同进化具有重要价值。

　　

甲型流感病毒（Influenza A virus, IAV）作为重要的人畜共患病原体，其核蛋白（Nucleoprotein, NP）在病毒生命周期中扮演着多面手角色——既是病毒核糖核蛋白复合体（vRNP）的核心组分，又参与免疫调节、RNA结合等多个关键过程。尽管NP蛋白的氨基酸序列高度保守，但令人费解的是，其编码基因却展现出显著的同义密码子使用偏倚（synonymous codon usage bias）。这种看似矛盾的进化现象背后，究竟隐藏着怎样的生物学逻辑？

来自中国的研究团队将目光聚焦于NP与宿主抗病毒蛋白TRIM25（Tripartite motif protein 25）的相互作用。TRIM25作为先天免疫的重要调控因子，既能通过修饰RIG-I等模式识别受体（PRR）激活抗病毒信号，又能直接抑制流感病毒复制。前期研究发现TRIM25可与H1N1亚型IAV的NP蛋白结合，但密码子使用模式是否影响这种互作尚属未知。

研究人员采用多学科交叉策略，首先对1918-2024年间66株H1N1病毒的NP基因进行密码子使用模式分析，发现尽管不同毒株间存在显著变异，但整体呈现强烈偏倚。基于此，他们以PR8株NP基因为模板，构建了两种极端突变体：将所有密码子替换为宿主偏好型的NP_optimal，以及替换为稀有密码子的NP_rare。通过mRNA稳定性检测、翻译效率分析和免疫共沉淀等技术，系统评估了密码子变异对NP-TRIM25互作的影响。

关键技术包括：1）基于66株H1N1病毒NP基因的密码子使用模式分析；2）全基因密码子替换构建NP_optimal和NP_rare突变体；3）双荧光素酶报告系统评估翻译效率；4）免疫共沉淀验证蛋白互作；5）分段缺失定位互作关键区域。

【主要研究结果】

1. 同义密码子使用模式分析：PCA分析显示H1N1 NP基因密码子使用存在明显时空差异，但整体维持强偏倚特征，提示自然选择压力作用。

2. 密码子改造对NP功能的影响：NP_optimal的mRNA稳定性和翻译效率反而显著低于野生型，NP_rare也出现明显损伤，颠覆了"密码子优化必然增强表达"的传统认知。

3. TRIM25互作机制解析：NP_optimal完全丧失与TRIM25结合能力，NP_rare保留部分互作功能。进一步发现NP蛋白N端前段是TRIM25结合的关键区域。

4. 进化意义阐释：NP基因通过维持特定密码子使用模式，既保证蛋白正确折叠又维持与TRIM25的适度互作，这种精妙平衡可能是病毒适应宿主免疫压力的重要策略。

这项发表在《Virology》的研究首次揭示密码子使用偏倚通过调控NP-TRIM25互作影响IAV适应性。特别值得注意的是，过度优化密码子反而会破坏关键宿主-病毒互作，这一发现挑战了传统认知，为疫苗设计中密码子优化策略提供了重要警示。从进化视角看，研究阐明了NP基因在高度变异中维持密码子偏倚的深层原因——这种看似矛盾的进化策略，实则是病毒在翻译效率、蛋白功能和免疫逃逸间取得的精妙平衡。该成果不仅为理解RNA病毒进化规律提供新范式，也为开发靶向宿主因子抗病毒药物开辟了新思路。