近日，天津医科大学，天津市医学表观遗传学重点实验室和实验血液学国家重点实验室的胡德庆课题组与高欣博士以及天津市第二人民医院的马萍主任合作在Nature Communications在线发表了题为 PRMT2 promotes HIV-1 latency through preventing nucleolar exit and phase separation of Tat into the Super Elongation Complex 的研究论文，揭示了PRMT2优先甲基化 Tat第52位精氨酸（R52）以促进其核仁定位，减弱其在核质中与SEC相分离的形成，从而导致Tat功能失活和RNA Pol II在HIV-1 LTR上的转录暂停以促进前病毒在宿主细胞中的潜伏。该研究为HIV-1潜伏感染与再激活的表观遗传与转录调控机制提供了新的认识，并为清除宿主细胞内潜伏感染的前病毒提供了潜在的药物干预靶点。
在这项研究中，为了探讨精氨酸甲基转移酶家族对HIV-1转录的调控作用，作者利用该家族九种成员的 cDNA 进行荧光素酶实验，发现PRMT2导致HIV-1启动子转录活性显著降低，且这种降低需要Tat的表达。为了验证PRMT2的抑制效果，作者在多种细胞系中进行功能实验。在HIV-1潜伏感染的细胞模型E4和2D10中敲低PRMT2，观察到HIV-1的转录水平明显增加。用HIV-1GKO病毒感染分离的原代初始CD4+T细胞，PRMT2的缺失也增加了病毒的激活水平。更重要的是作者分离了接受anti-retroviral therapy (ART) 治疗的艾滋病患者的原代初始CD4+T细胞，敲低PRMT2后联合已知latency reversing agents (LRAs) 刺激，检测这些细胞中HIV-1基因的转录水平，发现PRMT2的缺失能极大提高LRAs对病毒的激活能力。这些结果揭示了 PRMT2是HIV-1转录的负向调控因子，且PRMT2可以作为清除宿主细胞内潜伏感染的前病毒的药物干预靶点。
接着作者探讨了PRMT2发挥作用的分子机制，在HIV-1 LTR的荧光报告系统中发现PRMT2的表达消除了Tat和SEC对HIV-1启动子激活的协同作用。如使用Flavopiridol抑制P-TEFb激酶活性、敲低AFF4和ELL2或使用KL-2破坏SEC的完整性后，敲低PRMT2激活HIV-1启动子转录活性的现象消失，这表明PRMT2丢失后激活HIV-1依赖于Tat对SEC的招募。作者在293T细胞、E4细胞和原代初始CD4+T细胞中都验证了PRMT2会减弱Tat和SEC的相互作用，抑制Tat将SEC招募到HIV-1启动子区。
为了探讨PRMT2甲基转移酶活性在抑制过程中的重要性，作者构建了PRMT2的酶失活突变体，发现酶失活后其抑制作用消失，说明PRMT2抑制HIV-1转录高度依赖于甲基转移酶活性。通过对Tat蛋白序列的保守性进行分析，找到了Tat序列上高度保守的精氨酸位点。对这些位点进行单独突变或联合突变，发现第52位和53位的精氨酸对PRMT2发挥抑制作用是必要的。后续3H-SAM体外甲基化和精氨酸甲基化修饰特异性抗体实验证实了PRMT2可以修饰Tat的R52和R53，并优先甲基化Tat的R52位点。
目前已知SEC中多个亚基如AFF4、CCNT1、AF9和ENL等都具有自发形成相分离的能力，进而磷酸化RNA Pol II，促进转录暂停Pol II有效释放【7-9】。Tat与SEC相互作用，那Tat是否参与到SEC相分离中呢？作者发现Tat只能与AFF4亚基在核质中形成相分离，与其它亚基的相分离形成必须经由AFF4介导。作者纯化了Tat蛋白与AFF4 N端的1-200aa，进行体外共孵育，发现AFF4促进Tat液滴形成，且液滴具有高度流动性。根据AFF4与Tat的晶体结构，作者还构建了Tat与AFF4的突变体来破坏二者之间的互作，发现互作消失后Tat经由AFF4介导的相分离也消失了，再次证明AFF4促进Tat在核质中形成相分离。
荧光漂白实验和亚细胞组分分析发现Tat在核仁与核质中都有分布。据文献报道Tat在核仁中的定位依赖于互作蛋白NPM1【10】。那么Tat如何在NPM1与AFF4的作用下实现核仁与核质的动态平衡？PRMT2依赖Tat发挥转录抑制作用是否是通过影响Tat在细胞内的分布来实现呢？作者发现AFF4促进Tat定位核质，NPM1锚定Tat定位核仁，而过表达PRMT2可以增加Tat与NPM1的互作，促进Tat在核仁中的定位，抑制Tat与AFF4在核质中形成相分离。当过表达酶失活突变体或Tat的R52，R53位点突变体时这种现象消失，这些结果说明PRMT2影响Tat的分布，且依赖于甲基转移酶活性。被甲基化的Tat与核仁蛋白NPM1的互作增强，更稳定存在于核仁中，与AFF4在核质中的相分离减少，从而抑制HIV-1转录。
图注：CD4+ T细胞中Tat介导HIV-1激活和潜伏转换的工作模型
综上，该研究筛选到PRMT2负向调控HIV-1转录，并详细阐明了其抑制病毒基因转录的作用机制，为彻底清除宿主细胞内潜伏感染的HIV-1病毒提供了新的思路和药物干预的靶点。