3'翻訳されていない領域の短い直接リピートは、サブゲノムのフラビウイルスRNA産生に関与している

Short Direct Repeats in the 3' Untranslated Region Are Involved in Subgenomic Flaviviral RNA Production.

• Qiu-Yan Zhang
• Xiao-Feng Li
• Xiaolin Niu
• Na Li
• Hong-Jiang Wang
• Cheng-Lin Deng
• Han-Qing Ye
• Xing-Yao Huang
• Qi Chen
• Yan-Peng Xu
• Hao-Long Dong
• Xiao-Dan Li
• Hui Zhao
• Pei-Yong Shi
• Zhi-Ming Yuan
• Peng Gong
• Xianyang Fang
• Cheng-Feng Qin
• Bo Zhang

抄録

蚊が媒介するフラビウイルスは、ポジティブセンスゲノムRNAと非翻訳領域（UTR）で構成されている。UTRには、重要な機能を持つ高度に複雑なRNA構造のパネルが存在する。例えば、Xrn1耐性RNA（xrRNA）はXrn1の消化を阻害し、サブゲノムフラビウイルスRNA（sfRNA）の産生につながる。xrRNAの下流に位置するRNA要素の中には、保存配列（CS）や繰り返し保存配列（RCS）とも呼ばれる短い直鎖リピート（DR）が存在することが確認されているが、その生物学的機能については不明であった。本研究では、特定のDRが特定のsfRNAの産生に関与していることを明らかにした。生化学的アッセイと構造リモデリングにより、これらのDRの幹の塩基対が、対応するxrRNAのXrn1への結合親和性を維持することで、sfRNAの生成を制御していることが明らかになった。これらの知見に基づいて、DRはXrn1-xrRNA複合体を保持するブラケットのように機能し、sfRNAの形成を制御していることが示唆された。フラビウイルスは多くの重要なヒト病原体を含んでいる。sfRNAは、細胞質の5'-3'エキソリボヌクレアーゼXrn1によってウイルスゲノムRNAが不完全に分解され、3'-UTR内のXrn1耐性RNA（xrRNA）構造で停止することによって形成される。フラビウイルスゲノムの３'-ＵＴＲはまた、ＲＣＳ３、ＣＳ３、ＲＣＳ２、およびＣＳ２のような明瞭な短い直接リピート（ＤＲ）を含んでいる。しかし、これらの古代の一次DR配列の生物学的機能については、ほとんど知られていない。ここでは、DR配列がsfRNAの形成やウイルス性に関与していることを明らかにし、生きたままのフラビウイルスワクチンを合理的に設計するための新たなターゲットを提供することを明らかにした。

Mosquito-borne flaviviruses consist of a positive-sense genome RNA flanked by the untranslated regions (UTRs). There is a panel of highly complex RNA structures in the UTRs with critical functions. For instance, Xrn1-resistant RNAs (xrRNAs) halt Xrn1 digestion, leading to the production of subgenomic flaviviral RNA (sfRNA). Conserved short direct repeats (DRs), also known as conserved sequences (CS) and repeated conserved sequences (RCS), have been identified as being among the RNA elements locating downstream of xrRNAs, but their biological function remains unknown. In this study, we revealed that the specific DRs are involved in the production of specific sfRNAs in both mammalian and mosquito cells. Biochemical assays and structural remodeling demonstrate that the base pairings in the stem of these DRs control sfRNA formation by maintaining the binding affinity of the corresponding xrRNAs to Xrn1. On the basis of these findings, we propose that DRs functions like a bracket holding the Xrn1-xrRNA complex for sfRNA formation. Flaviviruses include many important human pathogens. The production of subgenomic flaviviral RNAs (sfRNAs) is important for viral pathogenicity as a common feature of flaviviruses. sfRNAs are formed through the incomplete degradation of viral genomic RNA by the cytoplasmic 5'-3' exoribonuclease Xrn1 halted at the Xrn1-resistant RNA (xrRNA) structures within the 3'-UTR. The 3'-UTRs of the flavivirus genome also contain distinct short direct repeats (DRs), such as RCS3, CS3, RCS2, and CS2. However, the biological functions of these ancient primary DR sequences remain largely unknown. Here, we found that DR sequences are involved in sfRNA formation and viral virulence and provide novel targets for the rational design of live attenuated flavivirus vaccine.

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