新型冠狀病毒RNA不具備整合進宿主基因組的能力

       SARS-CoV-2是一種具有高度傳播性的單股正鏈RNA病毒，是COVID-19嚴重流行的病因。SARS-CoV-2具備高傳染性特性，并通過侵犯多器官系統而引起嚴重臨床癥狀。本研究聚焦新冠病毒RNA基因組是否整合到受其感染的宿主細胞基因組的可能性。

       2021年8月2日，中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）楊運桂團隊和中國醫學科學院醫學生物學研究所彭小忠團隊合作在Protein & Cell在線發表了題為Comprehensive analysis of RNA-seq and whole genome sequencing data reveals no evidence for SARS-CoV-2 integrating into host genome的研究成果（該工作已于2021年6月7日提交到預印本）【1】。這項工作通過對SARS-CoV-2感染的人和猴細胞進行了RNA測序（RNA-Seq）和全基因組測序，發現了SARS-CoV-2感染的細胞轉錄組測序結果中存在宿主-病毒嵌合序列，深入研究確定了這類嵌合序列實質是在文庫構建過程中引入的隨機性連接片段；并通過宿主細胞全基因組測序，進一步確認不存在相對應的嵌合DNA序列，排除了SARS-CoV-2病毒RNA基因組整合到宿主DNA基因組中的可能性。

　　首先對SARS-CoV-2感染的人類（293T、Huh-7和Calu-3）和猴細胞系（Cos-7和MA-104）進行了轉錄組測序。在轉錄組測序結果中鑒定到宿主-病毒嵌合RNA片段（約占病毒測序讀段總量的0.5 %-1.8 %），但這些嵌合事件重復性極低；進一步對嵌合宿主基因的表達水平進行關聯分析，發現宿主基因嵌合事件發生頻率與其表達水平高度相關。上述結果提示這些嵌合事件可能并不發生在基因組DNA水平及不通過轉錄產生，更可能是通過某種隨機性途徑引入的。

　　研究進一步通過對三個人類細胞系全基因測序結果進行分析，在高頻嵌合基因所對應的染色體區域也沒有發現相應的宿主-病毒嵌合基因組DNA片段，從全基因組測序數據中未檢測到任何與SARS-CoV-2參考基因組匹配的DNA讀段。以上結果表明，SARS-CoV-2并不具備整合進宿主基因組的能力，轉錄組測序數據中的嵌合序列可能來自其它途徑，其中RNA測序文庫構建過程中的隨機連接可能性最大。

　　為驗證轉錄組測序結果中嵌合事件來源由文庫構建過程隨機連接引入，本研究通過對SARS-CoV-2感染細胞和未感染斑馬魚胚胎的RNA進行混合，然后構建RNA測序文庫并進一步進行轉錄組測序，結果表明：除了預期的人-病毒嵌合RNA片段，還檢測到了自然條件下不可能存在的斑馬魚-病毒嵌合RNA片段，且不同物種的嵌合讀段數與各自在混合樣本中的RNA豐度比例相關，證明了這類嵌合讀段來自文庫構建過程中的隨機連接。

　　綜上，本研究通過對轉錄組測序、全基因組測序以及混合樣本轉錄組測序結果的系統性分析，排除了SARS-CoV-2整合進宿主基因組的可能性（下圖）。值得關注的是，近期Zhou Li-Quan研究組分析公共轉錄組數據，發現SARS-CoV-2感染的人類細胞逆轉座子表達水平升高，并鑒定到了病毒-宿主嵌合RNA讀段【2】；Rudolf Jaenisch研究組利用過表達LINE-1細胞系的研究系統，通過納米孔長讀長測序技術對宿主DNA進行測序，鑒定到了SARS-CoV-2基因組RNA的3’末端區域通過逆轉錄整合進宿主基因組中事件【3】。而另外兩個獨立研究發現SARS-CoV-2不整合到宿主細胞基因組，與本研究的結論一致。其中，Geoffrey J. Faulkner研究組同樣使用納米孔長讀長測序技術對SARS-CoV-2感染的正常HEK293T細胞進行了DNA 測序，未發現任何LINE-1介導的SARS-CoV-2基因組整合信號【4】；Majid Kazemian研究組則通過對SARS-CoV-2感染細胞的轉錄組測序，同樣揭示了宿主-病毒嵌合RNA片段的隨機性和低重復性【5】。

　　圖：轉錄組及全基因組測序揭示新型冠狀病毒RNA不具備整合進宿主基因組的能力

　　中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）楊運桂研究員、楊瑩副研究員和中國醫學科學院醫學生物學研究所彭小忠研究員為本文的共同通訊作者。中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）特別研究助理陳宇晟博士、高級工程師張兵博士，中國醫學科學院醫學生物學研究所魯帥堯研究員為本文的共同第一作者。

　　值得一提的是，幾天前Cell Reports在線發表了澳大利亞昆士蘭大學的科研人員相關研究，該研究同樣不支持新冠病毒RNA整合到宿主基因組。

　　參考文獻

　　1. Chen Y.S. et al., Comprehensive analysis of RNA-seq and whole genome sequencing data reveals no evidence for SARS-CoV-2 integrating into host genome. Protein & Cell doi: https://doi.org/10.1101/2021.06.06.447293 (2021).

　　2. Yin Y. et al., Exogenous Coronavirus Interacts With Endogenous Retrotransposon in Human Cells. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 11, 609160 (2021).

　　3. Zhang L. et al., Reverse-transcribed SARS-CoV-2 RNA can integrate into the genome of cultured human cells and can be expressed in patient-derived tissues. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 118, e2105968118 (2021).

　　4. Smits N. et al., Human genome integration of SARS-CoV-2 contradicted by long-read sequencing. bioRxiv doi: https://doi.org/10.1101/2021.05.28.446065 (2021).

　　5. Yan B. et al., Host-virus chimeric events in SARS-CoV2 infected cells are infrequent and artifactual. Journal of Virology doi:10.1128/JVI.00294-21 (2021).