2021年6月29日，北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院李文辉实验室在《Cell Reports》杂志发表题为“Transcriptionally Inactive Hepatitis B Virus Episome DNAPreferentially Resides in the Vicinity of Chromosome 19 In 3D Host Genome UponInfection”的研究论文。论文报告了HBV感染肝细胞后，细胞核内病毒DNA分子在宿主3D基因组中的分布特点，发现非活跃转录的病毒DNA分子优先富集在核内19号染色体附近等区域。
HBV通过细胞受体NTCP感染细胞后，其病毒基因组在细胞核内形成共价闭合环状（ccc）DNA储存池。cccDNA不与宿主DNA整合，是HBV病毒复制的关键中间体和转录的唯一模板。由于细胞内cccDNA分子数量极为有限，且很小仅有3.2kb，研究困难，所知不多。李文辉实验室利用基于NTCP的HBV感染培养系统，在Southernblot等传统技术的基础之上，综合多学科手段开发新的研究方法，解析cccDNA的基本生物学特征。如同各种生物的地理分布构成并受生态系统的影响，在微观层面，生物大分子在细胞中的定位也是其发挥作用的前提和基础。本文研究了HBV基因组DNA在细胞核中的空间定位这一基本的病毒生物学问题。
研究人员通过基于HBV序列的4C测序分析(chromosome conformation capture-basedsequencing)和高灵敏度HBV特异性FISH(fluorescencein situ hybridization)技术，发现入侵的 HBV DNA 在宿主细胞核内具有一定的分布规律。特别是非活跃转录的HBV DNA 优先分布在靠近宿主19号染色体（chr.19）附近的核区。而且，这些核内HBV DNA分子在chr.19附近并非均匀分布，而是主要聚集在该染色体上的 12 Mb，37 Mb，44 Mb，52 Mb，58 Mb 等5个区域周围。人chr.19较小，但基因密度是最高的一条染色体。通过Hi-C测序、FISH分析、及整合多组学数据，发现这5个区域在空间上靠近,且具有异染色质特性。伴随着HBV DNA转录的活化，其在19号染色体上5个区域的富集显著降低，而在宿主染色体转录活跃区域的富集明显增加。进一步的研究发现，HBV这种受限的定位模式主要是通过SMC(structural maintenance of chromosomes (SMC)) 5/6 复合体及其病毒拮抗因子HBV x 蛋白 (HBx) 的相互作用来调节的。
该研究报告了HBV生活史中，以前并不为人所知的一个重要特征，深化了对 HBV 感染的认识，同时也为开发新的治疗方案提供了新的视角。此外，该研究开发的相关方法也为以cccDNA 作为模型，研究病毒和宿主之间的关系提供了有力的技术手段。
李文辉实验室博士生汤定斌和吴雨濛，赵汗青博士对本工作有重要贡献，其他作者包括彭博博士、郜振超博士、孙银燕博士、段金志博士、祁永和博士、李云飞、周忠敏、郭桂兰、张昱博士、李程博士、和隋建华博士等。该研究由科技部、北京市科委、清华大学等资助，在北京生命科学研究所完成。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109288
