Nature全文编译!提醒新冠病毒刺突卵白在完好病毒颗粒上的构造和散布

2020年8月23日讯/100医药网BIOON/---新型冠状病毒SARS-CoV-2属于β冠状病毒属，是一种包膜病毒，含有较年夜的由核衣壳卵白（N）包裹的公理RNA基因组。三个跨膜卵白被整入病毒脂质包膜：刺突卵白（S）和两个较小的卵白，即膜卵白（M）和包膜卵白（E）。当经过高温电镜（cryo-EM）成像时，β冠状病毒呈近似球形颗粒，直径在100纳米高低浮动，内含致密的病毒质（viroplasm），由突脂质双层包抄着，S卵白三聚体（下称S三聚体）从脂质双层中凸起。SARS-CoV-2的S三聚体联合到靶细胞外表上的受体ACE2，并介导随后的病毒摄取和交融。在如许做的进程中，S卵白阅历了明显的构造重排，从交融前的构象切换到交融后的构象。S卵白交融前和交融后的全体构造在冠状病毒中长短常保守的。

在沾染进程中，冠状病毒普遍地重塑细胞的外部膜构造，发生病毒复制细胞器以便在个中停止病毒复制。S卵白，连同卵白M和E，被拔出到内质网（ER）的膜中，并被输送到内质网-高尔基体两头区室（ER Golgi intermediate compartment, ERGIC）。封装的基因组出芽到ERGIC中以构成病毒颗粒，随后将病毒颗粒输送到质膜并释放出去。S卵白是经过先在S1/S2位点随后在S2"位点停止卵白酶切割，从而为膜交融做好预备。

包含SARS-CoV-2在内的冠状病毒的S卵白交融前构造已经过可溶性的排泄方式的S卵白异位表达，随落后行纯化和cryo-EM成像，获得了普遍研讨。在S卵白交融前构造中，受体联合构造域（RBD）位于交融焦点（fusion core）上方的一个较宽的S三聚体刺突构造的顶部。在含有三个RBD的S三聚体中，每个RBD被一个显示出必定活动性的N端构造域（NTD）包抄着。在封锁的交融前构造中，一切三个RBD平铺在刺突构造外表上，在很年夜水平上封锁了受体联合位点，而在开放的交融前构造中，一个或多个RBD向上抬起，从而裸露受体联合位点。S三聚体的外表产生普遍的糖基化，每个S卵白单体有22个潜在的N-糖基化位点。在联合受体ACE2后，从交融前到交融后的构造改变让S卵白的交融肽和跨膜构造域集合在一个以三螺旋束为中间的长针状构造的一端。五个N衔接的聚糖沿交融后的S三聚体刺突构造的长度距离散布。

充沛懂得S卵白若何发扬感化，以及它们若何与免疫零碎互相感化，须要懂得病毒颗粒内S三聚体的构造、构象和散布。在一项新的研讨中，来自英国医学研讨理事会分子生物学试验室和德国海德堡年夜学的研讨人员应用cryo-EM办法研讨了S三聚体在病毒颗粒外表上的构造、构象和散布。相干研讨成果于2020年8月17日在线揭橥在Nature期刊上，论文题目为“Structures and distributions of SARS-CoV-2 spike proteins on intact virions”。

图1.SARS-CoV-2病毒发生特点和图片，图片来自Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2665-2。 为了防止与病毒稀释或纯化相干的伪影（artefacts），这些作者想要在不稀释或纯化病毒的情况下对来自沾染细胞的上清液的SARS-CoV-2病毒停止成像。应用SARS-CoV-2（病毒别离株Germany/BavPat1/2020）沾染VeroE6细胞。在沾染48小时后，上清液经廓清后用甲醛固定灭活，并在-80℃下贮存。卵白印迹法（Western blot）显示，病毒颗粒上年夜约45％的S卵白单体在多精氨酸切割位点上切割成S1和S2（图1a）。固定的上清液经过骤冻玻璃化，并经过cryo-EM成像。固定能够有助于经过交联让一些卵白构象波动化，但估计不会发生任何新的构象。正如预期的那样，思索到细胞上清液中病毒的浓度（约107个噬菌斑构成单元/ml, PFU/ml），他们发明大批的病毒颗粒疏散在网格四周---这些病毒颗粒经过高温电子断层扫描（cryo-electron tomography, cryo-ET）成像（图1b）。

SARS-CoV-2病毒颗粒是近似球形的，到脂质双层外边沿的直径为91±11纳米（n = 179）。它们含有与N卵白绝对应的颗粒状密度，并缀有S三聚体（图1b,c）。这些特点与应用cryo-EM成像的其他冠状病毒的特点根本分歧。从这种病毒外表上凸起的S三聚体有两种形状--多数是延伸的薄构造，这让人联想到交融后的构象，而年夜多半是更宽的构造，这让人联想到交融前的构象。这一不雅察成果与近期在预印本办事器上揭橥的一份论文（bioRxiv, 2020, doi:10.1101/2020.03.02.972927）---该论文显示了用核酸润饰剂β-丙内酯灭活的纯化SARS-CoV-2病毒的cryo-EM图像，在该图像中仅在病毒外表上不雅察到薄薄的崛起---构成了光鲜的比较，但与原位不雅察到的病毒组装相分歧。

这些作者还搜集了SARS-CoV-2沾染CALU-3细胞后发生的病毒颗粒的断层扫描图，个中Calu-3细胞是一种人肺癌细胞系，在病毒沾染上发生的病毒滴度与VeroE6细胞相当。CALU-3细胞发生的这些病毒颗粒的形状和S三聚体在病毒颗粒外表上的外不雅与从VeroE6细胞发生的病毒颗粒所不雅察到的相分歧。卵白印迹剖析标明，约73%的S卵白为裂解方式。