一隻懂金融的HIV如何對沖它的籌碼

Weinberger團隊使用數學建模、成像和遺傳學相結合的方式證明，HIV選擇性剪接發生在轉錄後。曾經，科學家們認為，剪接（splicing）發生在轉錄同時，這項研究提出異議，揭示了第一個轉錄後剪接。

幹細胞是一種具有無限可能的細胞。過去幾十年來，科學家們一直困惑幹細胞如何在保持幹細胞狀態、繼續分裂和專門化為特定細胞類型之間抉擇。

有意思的是，HIV同樣也面臨相同抉擇：什麼時候開始增殖；什麼時候關閉隱藏，以備來日捲土重來。

「像你運用多樣化的金融方法投資，生物學也可以用類似的方式對沖賭注，」Gladstone 研究所細胞電路中心主任Leor S. Weinberger博士解釋。「通過分散投資高風險、高收益股票和其他低風險、低收益的儲蓄產品，有助於投資者抗擊市場波動。類似地，HIV也處於一個波動的環境，它同時製造活躍和休眠感染。」

然而，如果HIV僅是在這兩種命運之間隨機切換的話，它又是如何保持在其中一種狀態的呢？Weinberger實驗室正式回答了這個長期存在的問題。他們的發現發表在著名科學期刊《Cell》。

惟利是圖的病毒

保持在活躍或潛伏狀態讓HIV持續獲益。

活躍狀態讓病毒感染更多細胞，潛伏狀態讓病毒悄無聲息地長期存活。抗逆轉錄病毒藥物對處於待機狀態的潛伏病毒無效，一旦藥物停止，這些病毒就會被迅速激活。由於無法徹底絞殺潛伏病毒，HIV不能根治。

此前，Weinberger課題組證明，HIV利用基因表達的隨機波動生產這兩類病毒。「即使兩個細胞內的基因完全相同，一個可能傾向生產大量蛋白質，另一個卻產量較小，」Weinberger實驗室的博後學者、共同一作Maike Hansen說。「這種隨機波動被稱為『噪音（noise）』，絕不能忽視噪音的作用，因為它可以決定細胞命運和功能。」

HIV為了表達它的基因，使用了一種被稱為選擇性剪接的機制，本質上是病毒切割部分基因組，然後將它們排列成不同組合。實時觀察單個細胞，研究人員發現，HIV劫持了 一種奇異的剪接形式來調整它的隨機噪音。而噪音的調節決定了病毒保持活性或潛伏性。

「我們發現HIV使用了一段特別低效的拼接形式，」Hansen說。「令人驚訝的是，如果它變得高效起來，細胞就會生產低活性的病毒。看似浪費能量的低效率過程，實際上是更好地『督促』HIV維持活躍狀態決定。」

Weinberger團隊使用數學建模、成像和遺傳學相結合的方式證明，這種選擇性剪接發生在轉錄後，在此期間，DNA的遺傳信息被複製為RNA分子。曾經，科學家們認為，剪接（splicing）發生在轉錄同時，這項研究提出異議，揭示了第一個轉錄後剪接。

HIV靶向治療策略

「剪接電路提示了一個與眾不同的HIV治療策略，」Weinberger說。「過去一段時間，有人提出『鎖定HIV』潛伏期，阻止其重新激活的目標，但如何做到這一點，無人曉得。」

如今，研究人員打算利用病毒剪接電路不斷迫使HIV回到潛伏期，實現「鎖定和阻斷」療法。

後記

這種生物學新基本機制的揭示對其他領域具有更廣泛的意義。約10-20%基因可能發生低效剪接，這些電路可用於最小化基因表達的隨機波動，從而解釋其他生命體的決策指導方針。

原文標題

A Post-Transcriptional Feedback Mechanism for Noise Suppression and Fate Stabilization

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