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乙肝病毒基因组的结构特点和功能
乙肝病毒(HBV)的基因组DNA结构很奇特,是一环状的部分双螺旋结构,长约3.2kb。其中的2/3为双螺旋结构,1/3为单链,这就是说,DNA中的两条链不等长。长链的5'端与3'端无共价连接,而是与一种蛋白质共价相连。长链的5'端以250-300对碱基互补结合。长链为负链,短链为正链。短链的长度视病毒而异,一般长约1.6-2.8kb,约为长链的2/3。短链之间的空隙可由病毒颗粒中的DNA聚合酶充填。乙肝病毒是目前已知的感染人类最小的双链DNA病毒。为了能在细胞内独立复制,病毒在很小的基因组中尽量容纳大量的遗传信息。因而HBV的基因组结构显得特别精密浓缩,充分利用其遗传物质。
重叠的基因序列比较多,HBV基因组中已确定的开放读框有4个,分别编码病毒的核壳(C)和包膜(S)蛋白,病毒复制酶(聚合酶)及一种似乎与病毒基因表达有关的蛋白质X。在S基因前面的两个小ORFs与S基因ORF属于同一个读框,可以将ORFS通读下去,编码两种S蛋白相关的抗原,这两种抗原也存在于病毒颗粒的表面,这两个抗原分别称为前-S1(pre-S1)和前-S2(pre-S2)。同样,在ORFC前面也有一短的ORF,称为前-C(pre-C),编码一较大的C蛋白相关抗原。所有这些ORF都在负链DNA(长链)上,其中S基因完全重叠于聚合酶基因中,X基因与聚合酶基因、C基因重叠,C基因与聚合酶也有重叠。最近,Miller等人在HBV基因组中又发现两个ORF,即ORF-5和ORF-6,这两个ORFs与X基因重叠,其中ORF6不是由负链DNA编码的,而是由正链DNA编码。这两个ORF的功能目前尚不清楚。
调节序列位于基因内部,这也是HBV节约使用遗传物质的一种方式。与HBV基团组复制有关的序列有:短链顺向复制序列(DR1和DR2)和U5样序列(因与反转录病毒末端的U5序列类似面得名)。DR1和U5位于前-CORF中,是合成DNA长链的起始部位,DR2位于聚合酶基因与X基因重叠处,是DNA短链合成的起始部位。
与HBV基因表达有关的信号序列有4种:[1]启动子,[2]增强子,[3]polyA附加信号,[4]糖皮质激素敏感因子(GRE)。由于HBV基因组中的基因分别转录于3种HBVmRNA转录本上,因此,相应地在病毒基因组中每一转录本近5'端也至少应有3种RNA聚合酶Ⅱ启动子,虽然这些启动子的基因序列尚不知,但这些启动子显然存在于编码蛋白质序列内。增强子(ENH)位于聚合酶基因中;polyA附加信号位于CORF中;而GRE位于SORF和聚合酶基因中。GRE是与激素受体结构的DNA片段,结合后能使某一已知基因转录水平增加。
GRE有许多增强子的特征:[1]是起顺式作用的因子,[2]在转录的两个方向均有作用,[3]在距其调节的基因不同距离处均可起作用。
从以上可以看出HBV基因组结构严密,组织高效,在已知的病毒中是罕见的。HBVDNA不但在结构上有其独特的地方,而且其DNA复制过程也非常特别。当HBVDNA进入宿主细胞后,首先成为完整的闭环双螺旋DNA,以负链为模板合成全长的“+”链RNA(称为前基因组RNA)。该“+”链RNA被包装在未成熟的核心样颗粒中,同时还有DNA聚合酶和一种蛋白质也被包装在颗粒中。在该颗粒中“+”链RNA作为模板由反转录酶催化合成“-”链DNA,具体机制尚不清楚,可能与腺病毒DNA的复制相似,因为在“-"链DNA的5'端也有共价结合的蛋白质。“+”链DNA的合成便以该负链DNA为模板和一段RNA为引物而聚合延伸,核心样病毒颗粒在这过程中也成为成熟的病毒颗粒。这时,正链DNA仍没有合成完毕,因而造成病毒基因组两条DNA链长度不一样。
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