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新冠病毒核衣壳蛋白相分离机制已被成功揭示

2021-02-05 阅读(77)

2019年末,新冠疫情出现并快速爆发,最终蔓延至全球。截止2021年1月24日,已经造成了超9700万人感染,200多万人死亡。关于新冠病毒的致病机理、药物研究、

疫苗研究,全球科学家一直致力于与病毒的博弈中。最近,清华大学发布了一篇“SARS-CoV-2 nucleocapsid protein undergoes liquid–liquid phase separation into stress granules through its N-terminal intrinsically disordered region”名为SARS-CoV-2核衣壳蛋白通过其N端固有无序区经历液-液相分离进入应激颗粒,揭示了新冠病毒核衣壳(N)蛋白相分离机制,研究内容如下:

COVID-19的病原体SARS-CoV-2是一种正链单链RNA病毒,具有30 kb的基因组,与SARS-CoV具有80%的序列同源性,最多可转录29种蛋白质。结合RNA的核衣壳(N)蛋白可稳定病毒颗粒内部的基因组RNA。此外,N蛋白调节包括病毒基因组的转录,复制和包装的基本过程。但是,在整个病毒复制周期中,N蛋白如何干扰细胞的物理活动仍然不清楚。

液相-液相分离(LLPS)是一个过程,通过该过程生物分子(例如蛋白质或核酸)凝结成通常类似于液滴的致密相。该致密相可以与稀相共存。相分离的液滴的分子总是与可溶相快速交换,并在宏观上表现为液体,而有时这些液滴会长成固体。在病毒感染过程中,LLPS充当病毒复制的支架,并通过邻近依赖性相互作用促进病毒生产的病毒机器装配。

细胞质应激颗粒(SGs​​)由信使RNA(mRNA),翻译起始因子,提供翻译控制的mRNA结合蛋白,与mRNA代谢有关的mRNA稳定蛋白和一些信号蛋白组成。在细胞压力下,SGs被诱导触发整体翻译沉默。

 

现简单将研究学者的几个研究结论总结如下:

1. 新冠病毒N蛋白在应激压力下在细胞内发生相分离

研究者通过在线工具分析了N蛋白序列,表明结果表明,N末端1–39个氨基酸(aa)区域是IDR。随后在模拟细胞受病毒感染的应激状态下,N蛋白形成了几微米的液滴,表明发生了凝结,图1表明,N端IDR对于SARS-CoV-2N蛋白聚集是必需的。

 

2. N蛋白会进入应激颗粒中,依赖于应激颗粒中的关键蛋白G3BP1

随后,深入探究N蛋白发生相变的因素,发现N蛋白会进入应激颗粒中,依赖于应激颗粒中的关键蛋白G3BP1。利用shRNA敲低G3BP1蛋白后,显著抑制了N蛋白的聚集和液滴的产生。同时,N蛋白进入应激颗粒需要自身的N端无序区。

 

3. 新冠N蛋白的相分离受到RNA的调控

在蛋白质浓度固定为10μMRNA梯度增加的情况下,观察到N蛋白凝结成液滴,然后凝结成凝胶状结构,最后凝结成固体状缠结,表明SARS-CoV-2 N蛋白相在细胞和体外分离成液滴样结构。此外,该过程受RNA调控。

 

由于病毒依赖宿主细胞合成蛋白质,因此SG的形成和随后的翻译阻滞可作为一种普遍的抗病毒反应。N蛋白凝结成SGs可能是SARS-CoV-2抑制宿主细胞先天免疫的一种策略。此发现揭示了负责N蛋白相分离和N蛋白动态组织到细胞SG中的关键域。N蛋白LLPS的破坏有望用于抗病毒干预。N蛋白和G3BP1之间的特殊相互作用为开发抗COVID-19的药物提供了新的靶点目标和研究方向。

(文章转载自清华大学结构生物学高精尖创新中心)