Nucleic Acids Research[2025IF13.1]華中科技大學(xué)生命學(xué)院朱斌團隊發(fā)現(xiàn)金屬離子控制冠狀病毒RNA內(nèi)切酶活性
華中科技大學(xué)生命學(xué)院朱斌教授團隊與武漢大學(xué)王隆飛教授團隊合作在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）發(fā)表題為“金屬離子調(diào)控冠狀病毒內(nèi)切核糖核酸酶活性”（Metal ions govern coronavirus endoribonuclease activity）的研究論文。
冠狀病毒對人類社會造成巨大影響，其RNA基因組的復(fù)制過程主要由16個非結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)（nsp）完成。其中，nsp7-16被認為是組成病毒復(fù)制轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的主要元件，目前對這些蛋白質(zhì)的生化性質(zhì)、酶功能、調(diào)控機制，以及協(xié)同作用的認識仍不清楚且存在爭議，阻礙了對冠狀病毒復(fù)制的理解，也限制了對由冠狀病毒引起的疾病的預(yù)防和治療手段的開發(fā)。
冠狀病毒nsp15被認為是一種尿嘧啶特異性的RNA內(nèi)切酶。多項研究表明，冠狀病毒nsp15的活性并不直接影響冠狀病毒的復(fù)制，但會抑制宿主細胞的干擾素反應(yīng)，以保證病毒復(fù)制的順利進行。朱斌團隊于2024年發(fā)現(xiàn)nsp15雙鏈RNA特異性的缺刻酶功能，提出其通過將冠狀病毒RNA復(fù)制中間產(chǎn)物雙鏈RNA切割成為短片段以逃逸宿主細胞雙鏈RNA監(jiān)測系統(tǒng)的機制。但關(guān)于nsp15在病毒基因組復(fù)制及逃逸宿主免疫功能方面仍存在一個重要問題，即nsp15的RNA切割如何進行精確調(diào)控，確保病毒RNA復(fù)制過程中其切割活性完全被抑制，而復(fù)制完成后雙鏈RNA中間產(chǎn)物立即被高效切割去除。這一必然存在的調(diào)控機制是冠狀病毒基因組復(fù)制與免疫逃逸的關(guān)鍵平衡點，對冠狀病毒生活史具有重要意義，然而在冠狀病毒研究領(lǐng)域該機制數(shù)十年來成為研究空白。
團隊發(fā)現(xiàn)鈷離子和鎳離子可百倍激活nsp15的RNA切割活性，在核酸酶的激活因子中極其罕見；鋅離子可完全抑制nsp15的活性，并可競爭性抑制鈷離子和鎳離子的激活效應(yīng)。與王隆飛團隊合作開展的nsp15與RNA及鈷離子的復(fù)合物結(jié)構(gòu)研究及相關(guān)生化研究提示金屬離子結(jié)合于nsp15活性位點附近，通過變構(gòu)效應(yīng)影響nsp15對RNA的結(jié)合能力。這三種金屬離子的調(diào)控效應(yīng)廣泛作用于不同冠狀病毒的nsp15，對于高致病性的冠狀病毒包括新冠病毒nsp15的調(diào)控效應(yīng)尤其顯著，但對其他類似的RNA內(nèi)切酶卻無影響（圖1）。研究提出冠狀病毒nsp15的調(diào)控機制：在病毒RNA復(fù)制階段鋅離子完全抑制nsp15的活性確保病毒基因組順利復(fù)制，而且復(fù)制完成后鈷離子和鎳離子的替代結(jié)合激活nsp15高效去除復(fù)制中間產(chǎn)物雙鏈RNA以逃逸宿主免疫系統(tǒng)。
理論層面，nsp15的活性調(diào)控一旦受到干擾，無論是過度激活（破壞基因組復(fù)制）還是過度抑制（影響免疫逃逸）均會嚴(yán)重影響冠狀病毒的生活史，因此本工作的發(fā)現(xiàn)為冠狀病毒病的防治提供了全新的靶點和策略?；阝?、鎳、鋅三種金屬離子本身、其衍生化合物、相關(guān)金屬離子代謝途徑與調(diào)控因子，以及nsp15的金屬離子結(jié)合位點，可開展新型冠狀病毒藥物研發(fā)。
生命學(xué)院博士研究生王雄略與武漢大學(xué)李靜博士為論文共同第一作者，華科大為論文第一單位，王雄略、王隆飛、朱斌為共同通訊作者。研究受到國家自然科學(xué)基金原創(chuàng)探索項目、生物醫(yī)學(xué)峰基金、比鄰風(fēng)投等資助。
相關(guān)鏈接：
https://doi.org/10.1093/nar/gkaf1508
文章中蛋白非變性電泳使用了RTD6142 高分子量非變性電泳蛋白質(zhì)Marker II（45-669 kD）
