Science |揭示冠狀病毒複製特殊「細胞器」

新冠病毒在全球範圍內流行，對各地人民生活生產造成了深遠的影響。冠狀病毒是單鏈RNA病毒，在細胞質中完成病毒基因組複製，為了避免病毒核酸被宿主細胞識別，通常會誘導內質網形成病毒複製細胞器，雙層膜囊泡是其中的主要組分，為病毒RNA合成、轉運、包裝提供微環境。然而，精細的病毒結構、動態過程還有待進一步闡明。

近日，萊頓大學醫學中心的Montserrat團隊在國際頂級期刊Science上發表了報告文章，題為「A molecular pore spans the double membrane of the coronavirus replication organelle」，研究者利用結構生物學的前沿技術對冠狀病毒特殊孔道結構進行了解析，闡明了其組成結構與功能，可能作為廣譜抗冠狀病毒的新型藥物靶標。

文章標題

小鼠肝炎病毒（MHV）屬於β-冠狀病毒，是研究冠狀病毒的良好模型。研究者藉助低溫電鏡斷層掃描技術對MHV感染細胞超微結構進行了原位觀察，發現感染細胞核周有大量病毒雙層囊泡，有些與內質網相連形成囊泡網絡。雙層囊泡管腔主要含有絲狀結構，可能與病毒核酸相連，雙層膜結構還包含多個跨膜分子複合體，在SARS-CoV-2感染細胞中也觀察到類似的結構。因此研究者推測這種孔道結構可能普遍存在於冠狀病毒中發揮關鍵作用。

病毒雙層膜結構

利用局部斷層平均計算方法，研究者細緻分析了跨膜蛋白結構，該通道以雙層膜為底座，並形成冠狀結構伸向細胞質，呈六叉結構，其上通道開口約6納米，向細胞質一側逐漸變窄。總體而言該超微結構是一個大蛋白複合體，分子量近3MD。

膜孔結構

為了解複合體的組成，研究者基於已有的基因組信息，非結構蛋白nsp3/4/6參與孔道蛋白組裝，形成複製細胞器。利用nsp3-GFP報告系統發現GFP存在於膜孔刺突上，證實了nsp3參與冠狀結構形成，同時nsp4/6相互作用也是膜配對、雙層膜形成所必需的。孔道結構相對動態，其中一個小區域相對穩定，推測可能與病毒複製轉錄機器、RNA有相互作用。nsp3結構域參與病毒複製、病毒宿主互作，nsp3 Ubl1與病毒核蛋白結合，形成類似核衣殼結構，與病毒RNA複製、出口直接相關。

nsp3-GFP實驗

基於以上發現，研究者提出了病毒RNA合成轉運通路的假說：專一的複製酶亞基能夠與孔道複合體結合，引導新生的正鏈RNA出孔，而負鏈和雙鏈中間物保留，在胞漿一側病毒mRNA與核蛋白選擇性結合併包裝，剩餘參與翻譯調控。新生病毒顆粒通過出芽方式分泌至胞外。

病毒核酸轉運機制

該研究為冠狀病毒RNA複製轉運提供了新的視角，研究中發現nsp3的重要作用，有望作為抗病毒藥物的新靶點，有效阻斷病毒的生活周期，激活細胞抗病毒免疫反應。

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