论文标题：Translation of Overlapping Open Reading Frames Promoted by Type 2 IRESs in Avian Calicivirus Genomes

论文链接：https://doi.org/10.3390/v16091413

期刊名：Viruses

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/viruses

研究背景

病毒能进化出各种策略，利用细胞翻译装置来合成病毒蛋白，利用翻译装置的能力最大限度地利用病毒mRNA的编码能力，并在感染期间抑制细胞mRNA的翻译，尤其是那些作为先天免疫反应一部分而诱导的mRNA的翻译。。禽杯状病毒通过一项巧妙的分子策略，在有限的基因组空间里实现了蛋白质生产的最大化——近日，纽约州立大学Christopher Hellen教授团队于Viruses 发表了相关研究性文章。该研究揭示了这类病毒利用Ⅱ型内部核糖体进入位点 (IRES) 驱动重叠开放阅读框 (ORF) 翻译的独特机制 (图1)，为理解病毒基因组的高效利用提供了新视角。

图1. 2型IRES驱动禽杯状病毒基因组中重叠开放阅读框的翻译机制。

研究发现

1.重叠ORF的发现

杯状病毒通常拥有正链RNA基因组，其5非翻译区 (5UTR) 较短，紧接长开放阅读框ORF1。研究发现，在禽杯状病毒中部分病毒的5UTR异常延长，其中嵌入了类似小核糖核酸病毒的IRES元件，而这些基因组中竟暗藏着一个长度约200-300个密码子的重叠ORF (命名为ORF1*)，与ORF1的5端区域重叠。

通过分析灰水鸭杯状病毒 (GTCV) 和红冠鹤杯状病毒 (RaCV1) 等代表性病毒，研究团队证实：这些Ⅱ型IRES不仅能驱动ORF1的翻译，还能通过核糖体在mRNA上的跳跃和扫描，启动ORF1*的独立翻译。这样的模式，让病毒仅用一段基因组序列就能合成两种功能蛋白，堪称基因表达的效率典范。

2.从核糖体招募到翻译调控

Ⅱ型IRES作为病毒基因组中的分子机器，其核心功能在于招募核糖体并启动翻译。研究发现，GTCV和RaCV1的IRES通过保守结构域 (如GNRA四环、C-rich环)与真核起始因子eIF4G、eIF4A结合，形成核糖体起始复合物。有趣的是，IRES的3边界区域成为关键枢纽——核糖体不仅能从ORF1的起始密码子启动翻译，还能在ORF1*的起始位点组装，甚至识别ORF1内部的AUG密码子。

值得注意的是，这种翻译灵活性依赖于特定的辅助因子：Ebp1和PTB (或PCBP2)通过结合IRES的顶端结构域，增强核糖体与mRNA的结合效率。而eIF1和eIF1A则通过调控扫描过程，帮助核糖体跨越mRNA二级结构，选择最优起始位点。

3. IRES的水平转移证据

禽杯状病毒的IRES不依赖PABP，不依赖eIF4G-eIF3互作，受4E-BP去磷酸化激活，但VPg-eIF4E依赖的翻译被4E-BP抑制。这些特性提示IRES的获得（可能通过水平基因转移）使病毒在胁迫条件下维持翻译优势。序列比对显示，其IRES与小核糖核酸病毒的Ⅱ型IRES具有高度同源性，尤其是保守功能基序的保留，暗示了跨病毒家族的遗传物质交换。

这样的分子机制带来了显著的生存优势：在宿主细胞翻译系统受损时 (如感染引发的应激反应)，依赖帽子结构的宿主mRNA翻译被抑制，而病毒通过IRES驱动的非帽依赖翻译，仍能持续生产蛋白。重叠ORF的存在进一步确保了病毒在有限基因组容量下的功能多样性，可能与其致病性和宿主适应性密切相关。

4. ORF1*的功能猜想

尽管揭示了翻译机制，ORF1*的具体功能仍是待解之谜。序列分析显示，其编码的蛋白缺乏已知功能结构域，推测可能通过与宿主或病毒蛋白相互作用发挥功能。类似现象在其他病毒 (如鼠诺如病毒的ORF4)中也有报道，提示重叠ORF可能是病毒应对宿主免疫压力的普遍策略，例如通过干扰宿主RNA降解途径或调控细胞信号通路促进感染。

结语：从基础研究到抗病毒启示

这项研究不仅拓展了我们对病毒基因组复杂性的认知，也为抗病毒药物开发提供了潜在靶点。例如，干扰IRES与宿主因子的相互作用 (如抑制Ebp1或PTB)，可能阻断病毒的翻译程序；而针对重叠ORF的保守区域设计抑制剂，或许能实现对病毒的双重打击。

Viruses 期刊介绍

主编：Eric O. Freed, Center for Cancer Research, National Cancer Institute, USA

涵盖人类病毒和病毒疾病，动物病毒，植物病毒，病毒免疫、疫苗和抗病毒药物以及朊病毒等各方面研究，目前已被 SCIE (Web of Science)、MEDLINE (PubMed) 等数据库收录。