【前沿&進(jìn)展】郭德銀/侯盼盼教授團(tuán)隊揭示冠狀病毒DMV生成新機(jī)制

近日，實驗室特聘教授、廣州國家實驗室郭德銀教授團(tuán)隊與實驗室侯盼盼教授團(tuán)隊在Nature Communications在線發(fā)表題為“Coronaviral nsp6 hijacks ERAD machinery to facilitate lipolysis and supply membrane components for DMV growth”的研究論文。該研究揭示，冠狀病毒nsp6蛋白能夠?qū)MVs錨定于脂滴，并通過劫持ERAD途徑降解脂滴表面蛋白PLIN2，進(jìn)而將脂滴來源的脂肪酸（FAs）重新定向至DMVs，為其生長提供所需脂質(zhì)。此外，nsp6還可將ERAD解離后衍生的雙膜囊泡（EDMVs）錨定于DMV，為DMV膜擴(kuò)張直接補(bǔ)充膜組分。

正鏈RNA病毒（包括冠狀病毒）感染可誘導(dǎo)宿主細(xì)胞發(fā)生廣泛的內(nèi)膜系統(tǒng)重構(gòu)，形成用于病毒復(fù)制的特殊膜結(jié)構(gòu)，即病毒復(fù)制細(xì)胞器（Replication organelles, ROs）(1)。在冠狀病毒感染過程中，病毒RNA的復(fù)制主要發(fā)生于特化的雙膜囊泡（Double-membrane vesicles, DMVs）中。這些DMVs能夠高效募集病毒蛋白及多種宿主因子，從而在促進(jìn)病毒RNA高效合成的同時，協(xié)助病毒逃逸宿主天然免疫識別(2)。因此，靶向抑制DMV的形成可有效阻斷冠狀病毒復(fù)制，進(jìn)而發(fā)揮抗病毒作用。已有研究表明，冠狀病毒非結(jié)構(gòu)蛋白nsp6在DMV形成過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，作為結(jié)構(gòu)連接單元將DMV與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連，并參與介導(dǎo)DMV與脂滴之間的相互作用(3)。然而，nsp6如何精確調(diào)控脂質(zhì)運輸以影響DMV的生成機(jī)制，目前尚未明確。

脂滴（LDs）是由磷脂單層包裹的細(xì)胞器，其主要功能是儲存甘油三酯（TG）和膽固醇酯等中性脂質(zhì)。脂滴自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)起源，能夠通過膜接觸位點與多種細(xì)胞器發(fā)生互作，在脂質(zhì)代謝與細(xì)胞能量穩(wěn)態(tài)調(diào)控中起關(guān)鍵作用(4)。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中出現(xiàn)錯誤定位或錯誤折疊的蛋白質(zhì)時，這些蛋白可被識別并轉(zhuǎn)運至胞質(zhì)，經(jīng)泛素化修飾后最終被遞送至蛋白酶體降解,該過程被稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解（ER-associated degradation, ERAD），是維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)的重要系統(tǒng)(5)。作為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制系統(tǒng)的重要組成部分，ERAD蛋白組分屬于短壽命調(diào)節(jié)因子，在完成靶蛋白降解后即被解離。解離后的復(fù)合物（含EDEM1與OS9）與SEL1L結(jié)合后脫離內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，形成雙膜包裹的囊泡結(jié)構(gòu)，即EDEMosome（該研究將其命名為EDMVs）。

該研究揭示了一種此前未知的DMV形成與生長調(diào)控機(jī)制：在病毒感染早期階段nsp6靶向結(jié)合脂滴，將DMV錨定于該類脂質(zhì)儲庫，并通過招募ERAD機(jī)制驅(qū)動脂解過程，從而將脂肪酸（FA）從脂滴重新導(dǎo)向至DMV；在病毒高效復(fù)制階段，在ERAD復(fù)合體解聚后，nsp6進(jìn)一步動員來源自ERAD的囊泡（即EDMVs），直接為DMV的膜擴(kuò)張?zhí)峁┙Y(jié)構(gòu)組分（圖1）。尤為重要的是，在包括SARS-CoV-2在內(nèi)的多種冠狀病毒中，干擾脂解過程或靶向ERAD通路均能顯著抑制病毒復(fù)制與病毒顆粒的生成。這些發(fā)現(xiàn)具有重要的基礎(chǔ)研究與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)意義：不僅揭示了病毒-宿主蛋白互作的新機(jī)制，闡明宿主蛋白質(zhì)量控制機(jī)器在病毒復(fù)制細(xì)胞器形成中的關(guān)鍵功能，也為抗冠狀病毒藥物研發(fā)提供了新的潛在靶點。

圖1：nsp6與宿主降解機(jī)器互作協(xié)同調(diào)控DMV生長的示意圖

因此，該研究系統(tǒng)闡明了冠狀病毒雙膜囊泡（DMV）生物合成的過程，揭示了病毒誘導(dǎo)的細(xì)胞器重塑過程及其在病毒復(fù)制中的功能意義，同時證實了病毒蛋白nsp6與宿主ERAD系統(tǒng)在DMV形成與生長中發(fā)揮的雙重調(diào)控作用。鑒于DMVs結(jié)構(gòu)在正鏈RNA病毒中具有高度保守性，靶向DMV生成有望成為開發(fā)廣譜抗病毒療法的一個重要且具有前景的策略方向，該課題組正在持續(xù)攻關(guān)中。

郭德銀教授和侯盼盼教授為該文的共同通訊作者，廣州國家實驗室-中山大學(xué)聯(lián)培博士生劉淑睿和深圳市第三人民醫(yī)院周宇箏博后為該文的共同第一作者，研究得到中山大學(xué)醫(yī)學(xué)院李春梅、潘紀(jì)安與廣州國家實驗室丁彬彬、馬顯才等教授的幫助。