【科研动态】华中科大华中科技大学生命学院朱斌课题组发现新冠病毒nsp15的双链RNA缺刻酶功能并提出...

　　

2024年4月19日,华中科技大学生命科学与技术学院朱斌教授团队在国际核酸领域权威期刊《Nucleic Acids Research》发表题为“SARS-CoV-2 nsp15 preferentially degrades AU-rich dsRNA via its dsRNA nickase activity”的研究论文。

论文链接：https://academic.oup.com/nar/advance-article-abstract/doi/10.1093/nar/gkae290/7650567?utm_source=advanceaccess&utm_campaign=nar&utm_medium=email

DOI: 10.1093/nar/gkae290

2019冠状病毒病（COVID-19）是由冠状病毒SARS-CoV-2引起的一种传染病，从2019年年末爆发至今，已造成超七亿人感染，超七百万人因感染死亡，对人类社会造成了巨大的影响。冠状病毒是一类存在高度多样性的单股正链RNA病毒，其基因组大小约为三万个碱基，是已知RNA病毒中最大的。冠状病毒基因组的复制过程主要由其编码的16个非结构蛋白质（nsp）完成，其中，nsp7-16被认为是组成病毒复制转录复合体的主要元件，而对病毒RNA的操作主要由nsp12-16来完成，目前对这些蛋白质的生化性质、酶功能、调控机制、以及协同作用的认识仍不清楚且存在争议，阻碍了对冠状病毒复制的理解，也限制了对由冠状病毒引起的疾病的预防和治疗手段的开发。

冠状病毒nsp15被认为是一种尿嘧啶特异性的核糖核酸内切酶，其C端具有EndoU（uracil-specific endoribonuclease）结构域。有多项研究表明，冠状病毒nsp15的EndoU活性并不直接影响冠状病毒的复制，但会抑制宿主细胞的干扰素反应，以保证病毒复制的顺利进行。当前对于冠状病毒nsp15的EndoU活性抗干扰素反应的机制的主流观点是其通过减少病毒基因组复制转录过程中产生的双链RNA（dsRNA）来逃逸由宿主细胞dsRNA感应器介导的干扰素反应，而病毒基因组复制转录过程中形成的dsRNA中间体被认为是最有可能激活宿主细胞dsRNA感应器的病原体相关因子。然而，冠状病毒nsp15对dsRNA的可能切割方式及其切割特异性多年来一直未被阐明，已有的大多数体外生化研究报道nsp15切割单链RNA（ssRNA）的效率显著高于dsRNA。因此，冠状病毒nsp15减少病毒基因组复制转录过程中产生的dsRNA的机制仍不清楚。

图1 SARS-CoV-2 nsp15切割dsRNA示意图

以往关于冠状病毒nsp15体外生化性质和酶功能的研究主要使用非常有限的短ssRNA底物，底物的序列多样性和结构多样性不足以模拟冠状病毒 RNA 的真实情况。本工作利用课题组长期积累的RNA合成工具酶与技术优势，用200多种不同形式，不同长度，以及具有不同序列特征和结构特征的RNA，包括模拟SARS-CoV-2基因组的RNA，对SARS-CoV-2 nsp15的核糖核酸内切酶活性进行了详细研究，发现在生理浓度的锰离子存在下，SARS-CoV-2 nsp15是一种dsRNA缺刻酶，偏好切割dsRNA上热力学相对不稳定的区域，比如AU富集区域以及单碱基错配区域（图1）。同时，作者发现SARS-CoV-2 nsp15对dsRNA的切割受底物的AU含量和分布以及RNA长度调节，而这些因素的变化对SARS-CoV-2 nsp15切割ssRNA没有明显影响。此外，作者对所有种类的冠状病毒的基因组的AU含量进行了统计，发现冠状病毒普遍具有高AU含量的基因组，这意味着病毒基因组复制转录过程中形成的dsRNA中间体能够被nsp15高效降解。综合这些发现，本工作提出了冠状病毒nsp15介导病毒免疫逃逸的新机制：冠状病毒nsp15利用其dsRNA缺刻酶活性高效切割病毒基因组复制转录过程中形成的高AU含量的dsRNA中间体，使其切割产物的长度不足以激活宿主细胞的dsRNA感应器，进而帮助病毒逃逸干扰素反应（图2）。

图2 冠状病毒nsp15介导病毒免疫逃逸示意图

华中科技大学生命科学与技术学院博士研究生王雄略为论文第一作者，华中科技大学为论文第一单位，华中科技大学生命科学与技术学院朱斌教授为通讯作者。本研究受到国家自然科学基金原创探索项目、深圳市基础研究重点项目、生物医学峰基金支持。