中国科学家在Nature及其子刊发文，揭示液-液相分离不仅影响病毒复制，还调节宿主细胞的功能以促进病毒传播

2021年7月26日讯/生物谷BIOON/---现在已经确定，涉及蛋白质和核酸的较弱的多价相互作用可以通过液-液相分离（liquid–liquid phase separation, LLPS）形成无膜的大分子集合体或凝集物。这些凝集物在真核细胞中很普遍，我们如今开始了解它们的许多细胞功能。LLPS也被发现在细菌中和在病毒感染期间发挥作用。在病毒感染期间，LLPS不仅可能影响病毒复制，而且还可能调节宿主细胞的功能以促进病毒传播。因此，更好地了解LLPS在人类病毒生命周期中的参与情况，可能会导致新的抗病毒药物的开发。最近的两篇论文为这个方向铺平了道路。

在第一篇论文中，来自中国苏州大学、浙江大学、中山大学和重庆医科大学的研究人员着手研究SARS-CoV-2核衣壳蛋白（SARS2-NP）的LLPS，该蛋白含有的几个内在无序区域（intrinsically disordered region, IDR）是LLPS的常见驱动因素。事实上，SARS2-NP在体外和细胞中都发生了LLPS。然而，这与IDR无关，而是由C端二聚化结构域介导的。相关研究结果近期发表在Nature Cell Biology期刊上，论文标题为“Targeting liquid–liquid phase separation of SARS-CoV-2 nucleocapsid protein promotes innate antiviral immunity by elevating MAVS activity”。

C端二聚化结构域是SARS2-NP和RNA的LLPS所必需的。图片来自Nature Cell Biology, 2021, doi:10.1038/s41556-021-00710-0。

SARS2-NP在细胞中的表达阻碍了I型干扰素（IFN）的激活和IFN反应基因的表达---这是抗病毒先天性免疫反应的关键因素，而这一反应常常被SARS-CoV-2所阻碍。SARS2-NP的表达也增强了另一种RNA病毒---水泡性口炎病毒（VSV）---在细胞和小鼠中的感染性，这与I型IFN反应受到抑制有关。SARS2-NP对I型IFN信号的这些抑制作用需要SARS2-NP的二聚化结构域。

I型IFN信号是通过病毒RNA诱导的线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS）聚集物形成激活的，这一过程由MAVS的多泛素化调节。SARS2-NP与MAVS相互作用，阻碍了MAVS在细胞中的多泛素化和聚集。这受到SARS2-NP中的Lys375---一个与二聚化结构域相邻的氨基酸残基---乙酰化的负向调节，因为这种乙酰化会抑制SARS2-NP的LLPS。这一点，加上二聚化结构域在阻断IFN信号方面的需求，表明LLPS在调节SARS2-NP的IFN抗病毒反应中起着重要作用。然而，SARS2-NP凝集物究竟如何调节MAVS的活性仍有待解决。

最后，这些作者着手设计NP干扰肽（NP interfering peptide, NIP），通过靶向二聚化结构域中的蛋白-蛋白界面来调节SARS2-NP LLPS。其中的一种NP干扰肽，即NIP-V，能够抑制SARS2-NP LLPS并挽救MAVS在细胞中的聚集。重要的是，用NIP-V预处理小鼠可以减少由SARS2-NP共同表达驱动的VSV感染性的增加，也可以减少SARS-CoV-2本身的复制，与此同时增加这些小鼠血清中I型IFN的水平。因此，干扰SARS2-NP的LLPS可以提高对SARS-CoV-2的免疫反应，减少病毒复制。

在第二篇论文中，来自中国和法国的研究人员重点研究了一种常见的感冒病毒---呼吸道合胞病毒（RSV），它的复制依赖于包涵体（inclusion body）的形成。包涵体被描述为多相凝聚物，包含一个内部相---包涵体相关颗粒（inclusion body-associated granule, IBAG），M2-1转录因子和新合成的病毒mRNA就聚集在IBAG中。相关研究结果近期发表在Nature期刊上，论文标题为“A condensate-hardening drug blocks RSV replication in vivo”。

在RSV感染的细胞中形成的包涵体确实表现出动态的、液体状的凝集物的特征。用Sonic-Hedgehog（SHH）拮抗剂环巴胺（cyclopamine，这些作者先前确定为RSV复制的抑制剂）或其SHH活性衍生物A3E处理，导致包涵体的分子动态停止，并在细胞中稳定下来。这表明，这些药物影响了包涵体的材料特性，诱发了液态状特性的丧失（促进硬化）。它们的活性与包涵体结构和IBAG的形成有关，因为环巴胺或A3E诱导的包涵体硬化被M2-1的一个点突变所废除，该突变使RSV对环巴胺不敏感。

类药物类固醇生物碱衍生物抑制RSV复制和破坏内涵体组织化，图片来自Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03703-z。

重要的是，用A3E处理的小鼠显示出对RSV复制的剂量依赖性抑制，这表明包涵体硬化具有抗病毒作用。由于环巴胺/A3E诱导的包涵体材料特性变化发生在几分钟之内，因此对于干预速度至关重要的急性病毒感染，用凝集物硬化药物治疗可能成为一种高效的治疗策略。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Shuai Wang et al. Targeting liquid–liquid phase separation of SARS-CoV-2 nucleocapsid protein promotes innate antiviral immunity by elevating MAVS activity. Nature Cell Biology, 2021, doi:10.1038/s41556-021-00710-0.

Jennifer Risso-Ballester et al. A condensate-hardening drug blocks RSV replication in vivo. Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03703-z.

Paulina Strzyz. Targeting viruses in their phase. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2021, doi:10.1038/s41580-021-00400-7.