2022年3月8日，同济大学杨鹏及王译萱共同通讯在PNAS 杂志上发表了题为“Species-specific KRAB-ZFPsfunction as repressors of retroviruses by targeting PBS regions”的研究论文，该研究通过对定位在ERV内的PBS基因座的中等规模的分析，结合KRAB-ZFP锌指蛋白的染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)，该研究发现了多个与不同PBS基因座特异结合的ZFP。
该研究以HIV-1利用的PBS-Lys为研究对象，鉴定了其特异性结合蛋白为小鼠ZF961和人ZNF417/ZNF587。此外，该研究发现这些蛋白不仅抑制ERV的转录，而且还抑制逆转录病毒的整合和转录。这些ZFP的破坏使细胞更容易感染HIV-1。总之，该研究揭示了mZFP961和hZNF417/ZNF587已进化为逆转录病毒沉默的物种特异性因子，有助于保护宿主细胞免受逆转录病毒的侵袭。
逆转录病毒使用逆转录酶将其单链 RNA (ssRNA) 基因组复制成双链前病毒 DNA，以便在感染宿主细胞时进行复制。在逆转录病毒复制的起始阶段，用作逆转录病毒逆转录酶引物的宿主tRNA从其天然结构中部分展开，以促进其3’末端的核苷酸与特定的互补序列碱基配对，这些序列称为引物结合位点 (PBS)，位于病毒基因组 RNA上。不同逆转录病毒家族之间的 PBS 序列不同 ，这反映了每种逆转录病毒类型使用一种特定 tRNA 进行逆转录。例如，鼠白血病病毒 (MLV) 利用 tRNA Pro (PBS proline [PBS-Pro]) ，而 HIV 利用 tRNA 3Lys ( PBS-Lys3)。逆转录酶起始复合物的广泛生化和结构分析已经描述了 PBS 序列与其 tRNA 分子的精确匹配如何能够成功启动逆转录。
逆转录病毒已感染哺乳动物数百万年，并已被整合到种系中以重塑哺乳动物基因组，成为内源性逆转录病毒 (ERV)，约占宿主基因组 DNA 的8%。这些 ERV 保留了大部分病毒元件，包括长末端重复序列(LTR) 和 PBS 位点，它们会因突变而失活，并在基因上固定在其宿主物种的基因组中。虽然不能复制，但 ERV 仍然可以作为转录调节元件发挥作用，例如，在激活相邻基因的表达，并共同对宿主基因组稳定性产生深远影响 。因此，必须对 ERVs 进行检查，以防止它们的广泛激活和随后对基因组稳定性的有害影响。
靶向人PBS序列的KRAB-ZFP的鉴定（图片源自PNAS）
在哺乳动物中，一种应对ERV的宿主细胞策略是基于一个被称为KRAB-ZFP的转录因子大家族。这个蛋白家族的特定成员可以识别PBS位点，并通过招募KRAB结构域结合辅阻遏子KAP1(也称为TRIM28)、组蛋白甲基转移酶SETDB1和异染色质蛋白1(HP1)来启动异染色质沉默。也许最具特性的ZFP是小鼠ZFP 809，它可以直接识别ERV或整合的前病毒DNA中的PBS-Pro位点，招募KAP1来抑制ERV和Moloney鼠白血病病毒(MmLV)。因此， ZFP809被认为是MmLV感染的限制因素。KAP1也被报道为一种辅阻遏子，介导利用逆转录病毒PBS-Lys的HIV-1的限制，并与PBS-LysDNA形成抑制复合体。然而，直接负责识别整合型逆转录病毒DNA使用的PBS-Lys的因素仍不清楚。
在这项研究中，ChIP-seq分析发现了一个PBS Lys结合蛋白，小鼠ZFP961，它招募KAP1，并功能维持ERV的异染色质状态。该研究还通过系统分析人ERV中的PBS基因座，结合KRAB-ZFPChIP-seq数据，鉴定了两个人PBS-Lys结合蛋白ZNF417和ZNF587。此外，该研究进一步证明，这些ZFP的表达促进了宿主细胞对利用HIV-1伪病毒的PBS-Lys的抵抗力。相反，这些宿主蛋白的敲除增加了病毒的传染性。最后，该研究证明了这些ZFP可能影响病毒的转录和整合。
总之，该研究揭示了mZFP961和hZNF417/ZNF587已进化为逆转录病毒沉默的物种特异性因子，有助于保护宿主细胞免受逆转录病毒的侵袭。
编辑：Jo