SARS-CoV-2核衣壳蛋白的结构稳定化研究：基于病毒基因组RNA的构象调控与抗原图谱解析

本研究针对SARS-CoV-2核衣壳蛋白（N蛋白）固有结构紊乱（IDRs）导致的解析难题，通过病毒基因组RNA片段工程化设计，首次实现了全长N蛋白二聚体的结构稳定化。研究人员利用冷冻电镜（cryo-EM）结合化学交联质谱（XL-MS）技术，揭示了RNA结合诱导的构象重排机制，并发现7个新型抗原表位。该成果为开发泛冠状病毒疫苗提供了关键结构基础，发表于《Nature Communications》。

　　

冠状病毒的核衣壳蛋白（Nucleocapsid protein, N）作为病毒颗粒组装的核心元件，其结构解析长期受困于固有无序区域（Intrinsically Disordered Regions, IDRs）的构象动态性。尽管SARS-CoV-2疫情已持续数年，科学界对N蛋白如何协调基因组包装与免疫逃逸的分子机制仍存在认知空白。这种知识缺口严重制约了针对N蛋白的广谱抗病毒策略开发——而N蛋白恰恰因其在冠状病毒中的高度保守性，被视为最有潜力的泛冠状病毒治疗靶点。

美国拉霍亚免疫学研究所（La Jolla Institute for Immunology）的Sara Landeras-Bueno团队创新性地提出"RNA诱导稳定化"策略，通过系统筛选病毒基因组中的高亲和力RNA片段，成功捕获了N蛋白从二聚体到病毒样颗粒的多级组装状态。这项发表于《Nature Communications》的研究不仅首次解析了全长N蛋白二聚体的空间构象，更揭示了其独特的抗原特征，为下一代冠状病毒疫苗设计提供了蓝图。

研究团队采用多学科交叉技术路线：①通过差示扫描量热法（DSC）定量分析各结构域热稳定性；②利用病毒基因组RNA片段筛选获得均一化组装体；③设计对称性RNA（BLB-RNA）结合化学交联剂DSSO稳定二聚体；④整合冷冻电镜（分辨率3.7?）与交联质谱数据构建原子模型；⑤建立单B细胞抗体发现平台获得88株靶向所有结构域的单克隆抗体（mAb）。

病毒RNA指导的N蛋白多级组装

通过体外重构实验发现，全长SARS-CoV-2基因组RNA（30kb）可诱导N蛋白形成直径约15nm的丝状结构，其形态特征与天然病毒颗粒释放的核衣壳高度相似。截短实验表明，318nt的包装信号序列（PS）能驱动N蛋白形成8聚体/16聚体的核糖核蛋白复合物（vRNP），其直径与冷冻电子断层扫描观察到的"串珠状"病毒内结构一致。

工程化RNA稳定二聚体结构

基于病毒RNA片段优化设计的24nt对称RNA（BLB-RNA），成功将N蛋白锁定为均一二聚体状态。冷冻电镜图谱显示该二聚体具有明显的伪二重对称性，直径约8nm。通过交联质谱鉴定出关键分子内作用网络：连接RNA结合域（RNA-BD）与二聚化域（DD）的IDR_central中K237与DD的K248/K266形成稳定交联，证实该无序区在RNA结合后发生构象固化。

N蛋白抗原图谱的系统解析

建立的抗体发现平台获得66株高亲和力mAb，表位分组揭示至少7个抗原位点：RNA-BD的I/II组、DD的I/II组及各IDR的特异位点。其中靶向DD的NP1-E9抗体通过冷冻电镜解析至3.7?，发现其结合界面包含SARS-CoV-2变异株及MERS-CoV高度保守的Y299/Y355等残基，这为设计跨物种中和抗体提供了分子模板。

这项研究开创性地建立了"RNA脚手架"策略来解析动态蛋白结构，其技术路线可推广至其他含IDRs的病毒蛋白研究。发现的保守抗原表位不仅解释了COVID-19患者中观察到的强T细胞应答现象，更指导了基于N蛋白的疫苗设计——近期非人灵长类实验已证实，联合S蛋白与N蛋白的mRNA疫苗能产生协同保护效应。该成果从结构生物学与免疫学交叉视角，为应对未来冠状病毒跨种传播提供了双重解决方案：既可通过靶向DD抗原表位开发广谱抑制剂，又能利用工程化RNA稳定化策略加速抗病毒药物筛选。