SARS-CoV-2核衣壳蛋白的分子伴侣活性：RNA退火与解旋机制揭示病毒基因组调控新机制

为解决新冠病毒N蛋白在病毒复制中的分子机制问题，研究人员系统研究了SARS-CoV-2核衣壳蛋白(N蛋白)的核酸分子伴侣活性。通过荧光共振能量转移(FRET)和电泳迁移率变动分析(EMSA)技术，发现全长N1-419具有类似HIV-1 NCp7的高效RNA/DNA退火能力，其活性受pH值和蛋白寡聚化状态调控。该研究为理解冠状病毒转录、基因组包装等关键过程提供了新视角。

　　

新冠病毒大流行让科学家们开始重新审视冠状病毒的分子机制。尽管疫苗和药物研发取得进展，但病毒变异株的不断出现仍构成威胁。在病毒生命周期中，核衣壳蛋白(N蛋白)作为最丰富的病毒蛋白，不仅负责基因组RNA的包装保护，还可能参与转录调控等关键过程。然而，这个多结构域蛋白如何动态调控核酸结构，其分子机制仍存在大量未知。

中国科学院的研究团队在《Journal of Molecular Biology》发表的研究，首次系统揭示了SARS-CoV-2 N蛋白作为高效核酸分子伴侣的活性特征。研究采用FRET和EMSA技术，结合蛋白片段缺失策略，发现全长N1-419蛋白能高效介导HIV-1 TAR/cTAR发夹结构的退火，其活性远超片段N31-210和N240-419。特别值得注意的是，N蛋白在酸性pH条件下活性显著增强，这与病毒复制微环境特征高度吻合。

关键技术包括：1) 构建全长及截短体N蛋白表达系统；2) 基于FRET的实时动力学监测；3) EMSA分析核酸-蛋白相互作用；4) 荧光各向异性测定结合亲和力；5) 离心沉淀法评估核酸聚集能力。

【EMSA实验揭示N1-419高效促进RNA-DNA退火】
通过mini-TAR RNA-DNA退火实验发现，N1-419在蛋白:核苷酸摩尔比1:7时退火效率达73%，与HIV-1 NCp9相当。截短体N31-210和N240-419活性显著降低，表明全长构象对功能至关重要。

【荧光分析揭示退火动力学特征】
FRET实验显示退火过程呈现双相动力学：快速相(20秒内)形成中间复合物，慢速相(20-1800秒)转化为完全退火产物。全长蛋白的k₂值(1.6×10^-2 s^-1)甚至超过NCp7，且长链TAR(59nt)退火效率仅略低于短链(29nt)。

【N蛋白对双链RNA的解旋能力有限】
针对9bp的TRS-cTRS RNA双链，仅含RBD(RNA结合域)和SR(丝氨酸/精氨酸富集区)的N31-210片段显示解旋活性，而全长蛋白效果微弱，提示其在基因组解旋中可能需要其他蛋白辅助。

研究结论指出，SARS-CoV-2 N蛋白是迄今发现的最强病毒核酸分子伴侣之一，其活性依赖于：1) RBD与SR域的协同作用；2) 二聚化结构域介导的寡聚化；3) 酸性微环境促进的蛋白相互作用。这些发现为理解冠状病毒不连续转录(通过TRS-cTRS识别)和基因组包装提供了分子基础，也为靶向N蛋白的抗病毒药物设计指明了新方向。特别值得注意的是，Delta和Omicron变异株中N蛋白的突变可能通过增强这种伴侣活性来提高病毒适应性，这为变异株进化机制研究提供了重要线索。