《Science:重磅!鉴定出横跨冠状病毒双膜囊泡的分子孔》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2020-08-10
  • 新型冠状病毒SARS-CoV-2导致2019年冠状病毒病(COVID-19),如今正在全球肆虐。它是一种基因组为RNA的包膜病毒。SARS-CoV-2感染可能是无症状的,也可能引起广泛的症状,从轻微的上呼吸道感染症状到危及生命的败血症。COVID-19的临床表现包括无症状携带者和以败血症和急性呼吸衰竭为特征的暴发性疾病。目前还没有针对SARS-CoV-2的人类疫苗,但大约有120种候选疫苗正在研发中。

    在一项新的研究中,来自荷兰莱顿大学医疗中心、德国莱布尼茨实验病毒学研究所、汉堡大学和美国加州大学旧金山分校的研究人员通过可视化观察冠状病毒在受感染的宿主细胞中的复制,可能解答了一个长期存在的问题,即新合成的冠状病毒组分如何能够被整合到具有完全传染性的病毒中。相关研究结果于2020年8月6日在线发表在Science期刊上,论文标题为“A molecular pore spans the double membrane of the coronavirus replication organelle”。论文通讯作者为莱顿大学医疗中心的Montserrat Bárcena。论文第一作者为莱顿大学医疗中心的Georg Wolff。

    他们的研究发现了细胞中的一种冠状病毒特异性结构,这种结构可能是开发抵抗这种病毒家族的抗病毒策略的靶标。

    冠状病毒在宿主细胞的细胞质中复制它们的庞大基因组。它们通过将宿主细胞膜转化为奇特的双膜囊泡(double-membrane vesicle, DMV)来实现这一点。新制造的病毒RNA需要从这些DMV输出到细胞质中,才能被包装成完整的、具有传染性的冠状病毒。然而,到目前为止,在DMV复制区室中还没有检测到通往细胞质的开口。

    在这项新的研究中,为了寻求了解病毒RNA如何从封闭的DMA中运输出去,这些研究人员利用电子断层成像技术可视化观察小鼠肝炎冠状病毒(mouse hepatitis coronavirus)感染宿主细胞的中间阶段,由于原位低温电镜研究的生物安全限制,他们使用小鼠肝炎冠状病毒来代替SARS-CoV-2。

    他们鉴定出一种冠状病毒特异性的冠状结构--跨越DMV两层膜的分子孔,它可能在RNA从DMV复制区室中释放出来的过程中发挥作用。在使用SARS-CoV-2感染细胞的预固定样本的进一步研究工作中,他们发现这种结构也存在于SARS-CoV-2诱导的DMV中。

    这些研究人员“推测”这种结构可能是一种通用的复合物,在冠状病毒复制周期中具有至关重要的作用,可促进新合成的病毒RNA从DMV输出到细胞质。他们表示,虽然这种分子孔的确切功能模式还有待阐明,但是它可能提供了一种通用的冠状病毒特异性药物靶点。

  • 原文来源:https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-08/aaft-uac080620.php;https://science.sciencemag.org/content/early/2020/08/05/science.abd3629;http://news.bioon.com/article/6776948.html
相关报告
  • 《8月6日_研究发现横跨冠状病毒复制细胞器的双层膜的分子孔》

    • 来源专题:COVID-19科研动态监测
    • 编译者:zhangmin
    • 发布时间:2020-08-18
    • Science于8月6日发表了荷兰莱顿大学医学中心、德国海因里希·佩特研究所莱布尼茨实验病毒学研究所结构系统生物学中心、美国加州学旧金山分校霍华德·休斯医学院等机构的研究文章“A molecular pore spans the double membrane of the coronavirus replication organelle”。文章指出冠状病毒基因组复制与病毒诱导的胞质双层膜囊泡有关,这可能为感染细胞中的病毒RNA合成提供量身定制的微环境。然而,目前尚不清楚新合成的基因组和mRNA如何从这些密封的复制区室到达细胞质,以确保其翻译和后代病毒体的组装。该文中,研究人员使用细胞级电子冷冻显微镜来观察分子孔复合物,该复合物跨越双层膜囊泡的膜,并且可以将RNA输出到细胞质中。研究人员发现大型病毒跨膜蛋白的六聚体装配体形成了冠状复合物的核心。这种冠状病毒特异性结构可能在冠状病毒复制中起关键作用,因此构成潜在的药物靶标。 原文链接:https://science.sciencemag.org/content/early/2020/08/05/science.abd3629
  • 《Cell:重大进展!鉴定出冠状病毒劫持来感染人类细胞的关键宿主分子》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-12-09
    • 当冠状病毒---包括导致新型冠肺炎(COVID-19)的SARS-CoV-2病毒---感染人时,它会劫持人体的细胞,利用细胞的分子机制来维持自身的生存和传播。在一项新的研究中,来自美国格拉斯通研究所和陈-扎克伯格生物中心的研究人员与加州大学旧金山分校和Synthego公司的科学家合作,鉴定出人体细胞中冠状病毒用来生存的关键分子过程。他们报告说,用药物靶向这些过程,不仅可以治疗COVID-19感染,还可以治疗其他现有和未来的冠状病毒。相关研究结果于2020年12月8日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Genetic screens identify host factors for SARS-CoV-2 and common cold coronaviruses”。 论文共同通讯作者、格拉斯通病毒学研究所主任Melanie Ott博士说,“我们的研究的独特之处在于,我们并不只是研究SARS-CoV-2,而是同时研究其他冠状病毒。这让我们对可以广泛抑制许多冠状病毒的药物靶点有了很好的了解。” 作为一个庞大的病毒家族,冠状病毒包括引发普通感冒的冠状病毒和引发更严重症状的冠状病毒。2002年造成致命SARS疫情的SARS-CoV病毒就是一种冠状病毒,此外在中东地区造成MERS疫情的MERS-CoV病毒也是一种冠状病毒。 论文共同通讯作者、陈-扎克伯格生物中心首席研究员Andreas Puschnik博士说,“现在已经有多次冠状病毒疫情爆发,所以很明显这个病毒家族具有很高的流行潜力。COVID-19并不是我们要面对的最后一种冠状病毒感染。” 对冠状病毒进行比较和对比 与所有病毒一样,冠状病毒只能在宿主细胞内生长,它们依靠宿主细胞的分子进行增殖。正因为如此,这些作者希望将目标锁定在病毒用来生存的人类分子上,而不是病毒本身的成分。 在这项新的研究中,他们用SARS-CoV-2或其他两种引起普通感冒的冠状病毒(HCoV-229E和HCoV-OC43)感染人类细胞,这三种冠状病毒都能杀死这些细胞。接下来,他们使用CRISPR-Cas9基因编辑技术让这些细胞发生突变,并研究了哪些突变让它们不易受到这些冠状病毒的伤害。 Puschnik解释说,“我们推断,少数能够在这些感染中存活下来的细胞大概是这些冠状病毒用来感染它们或增殖的宿主分子发生了突变。” 一些结果并不令人惊讶。例如,已知SARS-CoV-2需要人类ACE2受体才能进入人体细胞。因此,ACE2基因发生突变的细胞不再被SARS-CoV2感染或杀死。 但是,其他发现则出乎意料。这些作者发现,某些基因突变阻止了这三种冠状病毒成功感染和杀死人体细胞。这些突变发生在已知控制人体细胞中两种脂质分子---胆固醇和磷脂酰肌醇磷酸酯(phosphatidylinositol phosphate, PIP)---平衡的基因上。 胆固醇是一些病毒进入细胞所需要的,但是当这项研究开始时,它还没有在冠状病毒的背景下进行研究。同样,已知PIP在形成病毒经常用来进入细胞内部和周围的小囊泡中起着作用,但它之前并没有与SARS-CoV-2直接相关联在一起。 通向药物开发的道路 为了验证与胆固醇和PIP相关的基因对冠状病毒感染的重要性这些作者设计了完全缺乏这些基因的人类细胞,并用冠状病毒感染它们。缺少这些基因的细胞受到保护,不会被这三种冠状病毒感染。同样,当他们使用现有的化合物来破坏PIP或胆固醇的平衡时,这些细胞也不太容易被任何一种冠状病毒感染。这些结果表明,靶向胆固醇或PIP可能是对抗多种冠状病毒的一个有前途的策略。 Ott说,“对于病毒来说,传统的观点是,我们针对独特的病毒靶点设计药物,这意味着每次有新的病毒时,开发一种药物都需要时间。如果我们能开发出一些更广泛的靶向宿主细胞分子的抗病毒药物,这将大大有助于我们更好地应对未来的大流行性病毒。” 然而,在这三种被研究的冠状病毒中,并非所有的结果都是一样的。SARS-CoV-2感染所需的一些人类分子并不是这两种普通感冒冠状病毒所需要的,反之亦然。这些发现可能有助于解释是什么让SARS-CoV-2比其他两种冠状病毒更致命。 还需要开展更多的研究工作来测试靶向PIP和胆固醇的药物的有效性,以及它们是否能够有效地阻止冠状病毒的生长而不会造成危险的副作用。这些作者还希望使用其他冠状病毒--包括SARS-CoV和MERS-CoV--重复筛查,以确定他们所确定的新靶标有多普遍。 Ott和Puschnik一致认为,这项新的研究是由于来自许多实验室的研究人员毫不犹豫地走到了一起才成为可能。Puschnik拥有研究病毒宿主因子的专业知识,但没有机会进入研究SARS-CoV-2所需的生物安全三级(BSL-3)实验室。今年早些时候,Ott正牵头在格拉斯通研究所开设这样一个实验室,并提出合作。Synthego公司的科学家们提供了研究这些冠状病毒所需的基因改造细胞,格拉斯通研究所高级研究员Nevan Krogan博士帮助分析CRISPR-Cas9筛选的结果。 Puschnik说,“每个人都完全愿意挽起袖子,集中资源,共同努力,帮助为更好地理解COVID-19做出贡献。”