非生产性乙型肝炎病毒共价闭合环状 DNA 从 HBx/增强子 I 区域

StephenW

非生产性乙型肝炎病毒共价闭合环状 DNA 从 HBx/增强子 I 区域生成 HBx 相关转录物并通过单细胞重复感染获得再激活
彭博 1 2 、景志毅 2 、周忠敏 2 3 、孙银燕 2 、郭桂兰 2 3 、谭泽西 2 、刁燕 2 4 、姚其艳 2 5 、平一 2 、李雪蕾 2 6 、任腾飞 2 6 , 李斌 2 6 , 李文辉 2 6
隶属关系
隶属关系

     1个
     北京大学生命科学学院研究生项目，北京，中国。
     2个
     中国北京生命科学研究所。
     3个
     北京师范大学生命科学学院研究生项目，北京，中国。
     4个
     中山大学生命科学学院研究生班，广州，中国。
     5个
     北京协和医学院研究生项目，北京，中国。
     6个
     清华大学多学科生物医学研究所，北京，中国。

     PMID：36475867 DOI：10.1128/jvi.01717-22

抽象的

乙型肝炎病毒 (HBV) 感染仍然是世界范围内的公共卫生问题。 持续的 HBV 感染依赖于肝细胞中共价闭合环状 DNA (cccDNA) 的主动转录，这在单细胞水平上知之甚少。 在这项研究中，我们从感染 HBV 的肝脏人源化 FRG 小鼠中分离出原代人肝细胞，并根据 5' 末端测序检测单细胞中的 cccDNA 转录本。 我们的 5' 转录组测序 (RNA-seq) 分析明确分配具有重叠 3' 序列的不同病毒转录本，并定量测量结构基因（3.5 kb、2.4 kb 和 2.1 kb）和非结构 X 基因（0.7 kb 及相关基因）的病毒转录本 ) 在单细胞中。 我们发现受感染的细胞要么可以生成所有病毒转录本，表示转录活跃，要么只提供来自 X 基因及其相关增强子 I 结构域的转录本，而没有结构基因转录本。 用重组 HBV 进行的细胞感染检测结果表明，cccDNA 的非生产性转录可以被通过重叠感染传入的病毒激活。 此外，在 HBV 感染后，cccDNA 显然可以在没有 HBx 的情况下转录并产生 HBx，这是其他病毒基因的有效转录所必需的。 这些结果为单细胞水平的 cccDNA 转录提供了新的思路，并为改进针对慢性 HBV 感染的治疗策略提供了有用的见解。 重要性 乙型肝炎病毒 (HBV) 感染可以有效抑制，但很少有可用药物治愈。 慢性 HBV 感染是基于共价闭合环状 DNA (cccDNA) 的持续存在以及肝脏中 HBV 的持续感染和再感染。 了解 cccDNA 的转录调控将有助于实现永久性转录沉默，即 HBV 的功能性治愈。 在我们的研究中，我们发现受感染的细胞要么可以生成所有病毒转录本，表示活跃的转录，要么只提供来自 X 基因及其相关增强子 I 结构域的转录本，而不提供结构基因转录本。 cccDNA 的非生产性转录可以被传入的病毒通过重叠感染激活。 感染后，cccDNA 显然可以在没有 HBx 的情况下转录以产生 HBx，这是其他 HBV 基因随后转录所必需的。 我们的研究揭示了 HBV 感染的机制，并可能对 HBV 的功能性治愈方案产生影响。

关键词：cccDNA； 乙型肝炎病毒; 单细胞序列； 转录。

StephenW

Nonproductive Hepatitis B Virus Covalently Closed Circular DNA Generates HBx-Related Transcripts from the HBx/Enhancer I Region and Acquires Reactivation by Superinfection in Single Cells
Bo Peng  1   2 , Zhiyi Jing  2 , Zhongmin Zhou  2   3 , Yinyan Sun  2 , Guilan Guo  2   3 , Zexi Tan  2 , Yan Diao  2   4 , Qiyan Yao  2   5 , Yi Ping  2 , Xuelei Li  2   6 , Tengfei Ren  2   6 , Bin Li  2   6 , Wenhui Li  2   6
Affiliations
Affiliations

    1
    Graduate program in School of Life Sciences, Peking University, Beijing, China.
    2
    National Institute of Biological Sciences, Beijing, China.
    3
    Graduate program in School of Life Sciences, Beijing Normal University, Beijing, China.
    4
    Graduate program in School of Life Sciences, Sun Yat-sen University, Guangzhou, China.
    5
    Graduate program, Peking Union Medical College, Beijing, China.
    6
    Tsinghua Institute of Multidisciplinary Biomedical Research, Tsinghua University, Beijing, China.

    PMID: 36475867 DOI: 10.1128/jvi.01717-22

Abstract

Hepatitis B virus (HBV) infection remains a public health problem worldwide. Persistent HBV infection relies on active transcription of the covalently closed circular DNA (cccDNA) in hepatocytes, which is less understood at the single-cell level. In this study, we isolated primary human hepatocytes from liver-humanized FRG mice infected with HBV and examined cccDNA transcripts in single cells based on 5' end sequencing. Our 5' transcriptome sequencing (RNA-seq) analysis unambiguously assigns different viral transcripts with overlapping 3' sequences and quantitatively measures viral transcripts for structural genes (3.5 kb, 2.4 kb, and 2.1 kb) and the nonstructural X gene (0.7 kb and related) in single cells. We found that an infected cell either can generate all viral transcripts, signifying active transcription, or presents only transcripts from the X gene and its associated enhancer I domain and no structural gene transcripts. Results from cell infection assays with recombinant HBV show that nonproductive transcription of cccDNA can be activated by incoming virus through superinfection. Moreover, upon HBV infection, cccDNA apparently can be transcribed in the absence of HBx and produces HBx, needed for productive transcription of other viral genes. These results shed new light on cccDNA transcription at the single-cell level and provide insights useful for improving the treatment strategy against chronic HBV infection. IMPORTANCE Hepatitis B virus (HBV) infection can be effectively suppressed but rarely cured by available drugs. Chronic HBV infection is based on persistence of covalently closed circular DNA (cccDNA) and continuous infection and reinfection with HBV in the liver. Understanding transcriptional regulation of cccDNA will help to achieve permanent transcriptional silencing, i.e., functional cure of HBV. In our study, we found that an infected cell either can generate all viral transcripts, signifying active transcription, or presents only transcripts from the X gene and its associated enhancer I domain and no structural gene transcripts. The nonproductive transcription of cccDNA can be activated by incoming virus through superinfection. Upon an infection, cccDNA apparently can be transcribed in the absence of HBx to produce HBx, necessary for subsequent transcription of other HBV genes. Our studies shed new light on the mechanism of HBV infection and may have implications for a functional cure regimen for HBV.

Keywords: cccDNA; hepatitis B virus; single cell sequence; transcription.