WGBS揭示Vpr蛋白在HIV-1感染中對CD4+ T細胞DNA甲基化變化的作用
全球約有3800萬HIV-1感染者，每年新增感染者約150萬。HIV-1主要攻擊CD4+ T細胞，導致其耗竭，最終發(fā)展為艾滋病和死亡。盡管抗逆轉錄病毒治療有效抑制HIV-1復制，但由于病毒在潛伏感染細胞中的持續(xù)存在，這種病毒仍然是一個重大的全球威脅，導致了大量的發(fā)病率和死亡率。在HIV-1感染的細胞內(nèi)，輔助病毒蛋白r（viral protein r，Vpr）調(diào)控多種生物過程，包括細胞周期進展、DNA修復和凋亡。DNA甲基化在不改變DNA序列下調(diào)控基因表達，在生理過程中扮演著至關重要的角色。然而，關于Vpr對人類CD4+ T細胞DNA甲基化作用研究尚未得到充分探索。
近日，中山大學附屬第三醫(yī)院王培培為第一作者，中山大學中山醫(yī)學院蔡金鋒博士和中山大學附屬第三醫(yī)院高志良教授為共同通訊作者在《Virology Journal》雜志發(fā)表題為“Vpr driving DNA methylation variation of CD4 + T cells in HIV-1 infection“的研究論文。研究對感染了HIV-1-Vpr或HIV-1-△Vpr的原代CD4+ T細胞進行基于單堿基分辨率的全基因組亞硫酸鹽測序（WGBS），以分析Vpr在DNA甲基化變異中的作用。還對Vpr誘導的差異甲基化胞嘧啶（DMCs）的特異性特征進行了分析，同時研究了組蛋白DNA甲基化與Vpr之間的相關性。深圳易基因科技為本研究提供WGBS測序分析技術服務。
本研究采用基于單堿基分辨率的全基因組亞硫酸鹽測序（WGBS）、實時定量PCR和western blot實驗，以探索HIV-1感染下Vpr對宿主細胞DNA甲基化的影響。研究結果表明HIV-1感染導致原代CD4+ T細胞整體DNA甲基化水平升高。特別是Vpr誘導DNA甲基化模式的顯著變化，影響啟動子區(qū)域和基因體內(nèi)的區(qū)域。這些變化顯著影響與免疫相關通路和嗅覺受體活性相關的基因。此外，Vpr還表現(xiàn)出降低組蛋白基因甲基化水平的特異性功能。
這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)了Vpr在通過調(diào)控DNA甲基化模式調(diào)控轉錄中的重要作用。研究結果顯著增強了對HIV-1 Vpr對宿主細胞DNA甲基化影響的理解，從而為HIV進展和治療的調(diào)控提供創(chuàng)新的治療靶點。未來進一步的研究需要深入了解Vpr如何調(diào)控DNA甲基化的具體機制，特別是其對組蛋白基因甲基化的調(diào)控。這將有助于開發(fā)新的治療策略，以更有效地控制HIV-1的進展和管理。
研究結果
（1）HIV-1 Vpr 誘導原代 CD4 + T 細胞中的 DNA 甲基化變化
圖1：Vpr誘導的DNA甲基化。
A. 全基因組亞硫酸鹽測序（WGBS）研究中采用的實驗設計示意圖。
B. 流式細胞術圖展示了在WGBS下HIV-1對原代CD4+ T細胞的感染。
C-E. 全基因組范圍內(nèi)CG（C）、CHG（D）和CHH（E）環(huán)境中的甲基化水平。
F. 小提琴圖展示甲基化水平的整體分布，bin大小為10 kb。
G-H. 基于元件（G）和CGI（H）模式計算平均DNA甲基化水平。
（2）HIV-1 Vpr誘導廣泛的DNA高甲基化
B. 感染后第7天，HIV-1-∆Vpr感染和HIV-1-Vpr感染中差異甲基化胞嘧啶（DMCs）的基因組特征。
C. 感染后第3天，HIV-1-∆Vpr或HIV-1-Vpr感染期間每條染色體上DMCs的分布。
D. 感染后第7天，HIV-1-∆Vpr或HIV-1-Vpr感染期間每條染色體上DMCs的分布。
B-C. 感染后第3天（B）和第7天（C）Vpr特異性誘導的DMCs基因組特征。
D-E. 感染后第3天（D）和第7天（E）Vpr特異性誘導的DMCs在每條染色體上的分布。
F-G. 與全部高甲基化（F）或低甲基化（G）DMCs相關的基因的基因本體（GO）富集分析。
H-I. 與啟動子高甲基化（H）或低甲基化（I）DMCs相關的基因的GO富集分析。
B-G. IGV基因組瀏覽器可視化HIV-1-∆Vpr和HIV-1-Vpr感染中CD19或MS4A1基因（B）、CD4或CD8A基因（C）、TGFB1或CD40基因（D）、ZNF683或JAK3基因（E）、CTCF或BATF基因（F）、RUNX1或PAX5基因（G）的WGBS數(shù)據(jù)。黑色箭頭表示DMCs。
C. Vpr對DNMT1和DNMT3A蛋白水平的作用。
D-E. Vpr對CTCF和PAX5啟動子（A）或gene body（B）區(qū)域中DMCs的作用。
F. Vpr對CTCF和PAX5蛋白水平的作用。
（3）HIV-1 vpr改變原代CD4+T細胞中的差異甲基化區(qū)域（DMR）
B-C. Vpr誘導的DMRs在感染后第三天（B）和第七天（C）的基因組特征。
D-E. Vpr誘導的DMRs在感染后第三天（D）和第七天（E）每條染色體上的分布。
F-G. 啟動子高甲基化（F）或低甲基化（G）DMCs修飾相關基因的GO富集分析。
（4）HIV-1 vpr導致組蛋白DNA甲基化丟失
C. HIV-1-△Vpr和HIV-1-Vpr感染中組蛋白DNA甲基化譜的基因組瀏覽器軌跡示例。
D. 通過實時定量RCR分析Vpr對組蛋白基因轉錄的作用。
參考文獻：
Wang P, Meng Z, Deng K, Gao Z, Cai J. Vpr driving DNA methylation variation of CD4 + T cells in HIV-1 infection. Virol J. 2024 Apr 26;21(1):97. pii: 10.1186/s12985-024-02363-5. doi: 10.1186/s12985-024-02363-5. PubMed PMID: 38671522.
近日，中山大學附屬第三醫(yī)院王培培為第一作者，中山大學中山醫(yī)學院蔡金鋒博士和中山大學附屬第三醫(yī)院高志良教授為共同通訊作者在《Virology Journal》雜志發(fā)表題為“Vpr driving DNA methylation variation of CD4 + T cells in HIV-1 infection“的研究論文。研究對感染了HIV-1-Vpr或HIV-1-△Vpr的原代CD4+ T細胞進行基于單堿基分辨率的全基因組亞硫酸鹽測序（WGBS），以分析Vpr在DNA甲基化變異中的作用。還對Vpr誘導的差異甲基化胞嘧啶（DMCs）的特異性特征進行了分析，同時研究了組蛋白DNA甲基化與Vpr之間的相關性。深圳易基因科技為本研究提供WGBS測序分析技術服務。
本研究采用基于單堿基分辨率的全基因組亞硫酸鹽測序（WGBS）、實時定量PCR和western blot實驗，以探索HIV-1感染下Vpr對宿主細胞DNA甲基化的影響。研究結果表明HIV-1感染導致原代CD4+ T細胞整體DNA甲基化水平升高。特別是Vpr誘導DNA甲基化模式的顯著變化，影響啟動子區(qū)域和基因體內(nèi)的區(qū)域。這些變化顯著影響與免疫相關通路和嗅覺受體活性相關的基因。此外，Vpr還表現(xiàn)出降低組蛋白基因甲基化水平的特異性功能。
這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)了Vpr在通過調(diào)控DNA甲基化模式調(diào)控轉錄中的重要作用。研究結果顯著增強了對HIV-1 Vpr對宿主細胞DNA甲基化影響的理解，從而為HIV進展和治療的調(diào)控提供創(chuàng)新的治療靶點。未來進一步的研究需要深入了解Vpr如何調(diào)控DNA甲基化的具體機制，特別是其對組蛋白基因甲基化的調(diào)控。這將有助于開發(fā)新的治療策略，以更有效地控制HIV-1的進展和管理。
研究結果
（1）HIV-1 Vpr 誘導原代 CD4 + T 細胞中的 DNA 甲基化變化
圖1：Vpr誘導的DNA甲基化。
B. 流式細胞術圖展示了在WGBS下HIV-1對原代CD4+ T細胞的感染。
C-E. 全基因組范圍內(nèi)CG（C）、CHG（D）和CHH（E）環(huán)境中的甲基化水平。
F. 小提琴圖展示甲基化水平的整體分布，bin大小為10 kb。
G-H. 基于元件（G）和CGI（H）模式計算平均DNA甲基化水平。
（2）HIV-1 Vpr誘導廣泛的DNA高甲基化
圖2：HIV-1 Vpr誘導廣泛的DNA高甲基化。
A. 感染后第3天，HIV-1-∆Vpr感染和HIV-1-Vpr感染中差異甲基化胞嘧啶（DMCs）的基因組特征。B. 感染后第7天，HIV-1-∆Vpr感染和HIV-1-Vpr感染中差異甲基化胞嘧啶（DMCs）的基因組特征。
C. 感染后第3天，HIV-1-∆Vpr或HIV-1-Vpr感染期間每條染色體上DMCs的分布。
D. 感染后第7天，HIV-1-∆Vpr或HIV-1-Vpr感染期間每條染色體上DMCs的分布。
圖3：Vpr誘導的DNA甲基化變化主要分布于免疫相關通路中。
A. 由Vpr特異性誘導的差異甲基化胞嘧啶（DMCs）數(shù)量。B-C. 感染后第3天（B）和第7天（C）Vpr特異性誘導的DMCs基因組特征。
D-E. 感染后第3天（D）和第7天（E）Vpr特異性誘導的DMCs在每條染色體上的分布。
F-G. 與全部高甲基化（F）或低甲基化（G）DMCs相關的基因的基因本體（GO）富集分析。
H-I. 與啟動子高甲基化（H）或低甲基化（I）DMCs相關的基因的GO富集分析。
圖4：Vpr誘導淋巴細胞分化相關基因的DNA甲基化變化。
A. Vpr誘導的DMCs的主要GO富集通路標志性基因。B-G. IGV基因組瀏覽器可視化HIV-1-∆Vpr和HIV-1-Vpr感染中CD19或MS4A1基因（B）、CD4或CD8A基因（C）、TGFB1或CD40基因（D）、ZNF683或JAK3基因（E）、CTCF或BATF基因（F）、RUNX1或PAX5基因（G）的WGBS數(shù)據(jù)。黑色箭頭表示DMCs。
圖5：Vpr對宿主細胞DNA甲基化的影響通過western blot驗證。
A-B. Vpr對DNA甲基轉移酶（DNMTs）啟動子（A）或gene body（B）區(qū)域DMCs的作用。C. Vpr對DNMT1和DNMT3A蛋白水平的作用。
D-E. Vpr對CTCF和PAX5啟動子（A）或gene body（B）區(qū)域中DMCs的作用。
F. Vpr對CTCF和PAX5蛋白水平的作用。
（3）HIV-1 vpr改變原代CD4+T細胞中的差異甲基化區(qū)域（DMR）
圖6：Vpr改變原代CD4+ T細胞中的DMRs。
A. Vpr誘導的DMRs數(shù)量。B-C. Vpr誘導的DMRs在感染后第三天（B）和第七天（C）的基因組特征。
D-E. Vpr誘導的DMRs在感染后第三天（D）和第七天（E）每條染色體上的分布。
F-G. 啟動子高甲基化（F）或低甲基化（G）DMCs修飾相關基因的GO富集分析。
（4）HIV-1 vpr導致組蛋白DNA甲基化丟失
圖7：Vpr誘導組蛋白DNA甲基化丟失。
A-B. Vpr對組蛋白DNA甲基化的作用。DMCs（A）或DMRs數(shù)量。C. HIV-1-△Vpr和HIV-1-Vpr感染中組蛋白DNA甲基化譜的基因組瀏覽器軌跡示例。
D. 通過實時定量RCR分析Vpr對組蛋白基因轉錄的作用。
參考文獻：
Wang P, Meng Z, Deng K, Gao Z, Cai J. Vpr driving DNA methylation variation of CD4 + T cells in HIV-1 infection. Virol J. 2024 Apr 26;21(1):97. pii: 10.1186/s12985-024-02363-5. doi: 10.1186/s12985-024-02363-5. PubMed PMID: 38671522.
標簽：
DNA甲基化
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