Science |揭示冠状病毒复制特殊“细胞器”

来源：病毒学界

新冠病毒在全球范围内流行，对各地人民生活生产造成了深远的影响。冠状病毒是单链RNA病毒，在细胞质中完成病毒基因组复制，为了避免病毒核酸被宿主细胞识别，通常会诱导内质网形成病毒复制细胞器，双层膜囊泡是其中的主要组分，为病毒RNA合成、转运、包装提供微环境。然而，精细的病毒结构、动态过程还有待进一步阐明。

近日，莱顿大学医学中心的Montserrat团队在国际顶级期刊Science上发表了报告文章，题为“A molecular pore spans the double membrane of the coronavirus replication organelle”，研究者利用结构生物学的前沿技术对冠状病毒特殊孔道结构进行了解析，阐明了其组成结构与功能，可能作为广谱抗冠状病毒的新型药物靶标。

小鼠肝炎病毒（MHV）属于β-冠状病毒，是研究冠状病毒的良好模型。研究者借助低温电镜断层扫描技术对MHV感染细胞超微结构进行了原位观察，发现感染细胞核周有大量病毒双层囊泡，有些与内质网相连形成囊泡网络。双层囊泡管腔主要含有丝状结构，可能与病毒核酸相连，双层膜结构还包含多个跨膜分子复合体，在SARS-CoV-2感染细胞中也观察到类似的结构。因此研究者推测这种孔道结构可能普遍存在于冠状病毒中发挥关键作用。

病毒双层膜结构

利用局部断层平均计算方法，研究者细致分析了跨膜蛋白结构，该通道以双层膜为底座，并形成冠状结构伸向细胞质，呈六叉结构，其上通道开口约6纳米，向细胞质一侧逐渐变窄。总体而言该超微结构是一个大蛋白复合体，分子量近3MD。

膜孔结构

为了解复合体的组成，研究者基于已有的基因组信息，非结构蛋白nsp3/4/6参与孔道蛋白组装，形成复制细胞器。利用nsp3-GFP报告系统发现GFP存在于膜孔刺突上，证实了nsp3参与冠状结构形成，同时nsp4/6相互作用也是膜配对、双层膜形成所必需的。孔道结构相对动态，其中一个小区域相对稳定，推测可能与病毒复制转录机器、RNA有相互作用。nsp3结构域参与病毒复制、病毒宿主互作，nsp3 Ubl1与病毒核蛋白结合，形成类似核衣壳结构，与病毒RNA复制、出口直接相关。

nsp3-GFP实验

基于以上发现，研究者提出了病毒RNA合成转运通路的假说：专一的复制酶亚基能够与孔道复合体结合，引导新生的正链RNA出孔，而负链和双链中间物保留，在胞浆一侧病毒mRNA与核蛋白选择性结合并包装，剩余参与翻译调控。新生病毒颗粒通过出芽方式分泌至胞外。

病毒核酸转运机制

该研究为冠状病毒RNA复制转运提供了新的视角，研究中发现nsp3的重要作用，有望作为抗病毒药物的新靶点，有效阻断病毒的生活周期，激活细胞抗病毒免疫反应。