Plos Pathogens|中国农业科学院上海兽医研究所廖瑛团队揭示冠状病毒核酸内切酶nsp15调控宿主蛋白翻译的新机制

  近日，中国农业科学院上海兽医研究所廖瑛团队在国际病原学顶级期刊《PLOS Pathogens》发表了题为“Coronavirus endoribonuclease nsp15 suppresses host protein synthesis and evades PKR-eIF2α-mediated translation shutoff to ensure viral protein synthesis”的研究论文。该研究首次系统阐明了冠状病毒核酸内切酶nsp15调控宿主翻译系统的分子机制，为深入理解冠状病毒劫持宿主细胞机制提供了全新视角。

      nsp15作为冠状病毒特有的保守蛋白，具有内切核糖核酸酶（EndoU）活性。既往研究表明，该蛋白可通过剪切病毒复制产生的负链RNA，减少病毒双链RNA（dsRNA）积累，在病毒复制转录和免疫逃逸中发挥关键作用。团队前期研究发现，nsp15能通过降解病毒dsRNA，抑制PKR-eIF2α信号通路激活，进而干扰抗病毒应激颗粒形成（PLOS Pathogens, 2021）。然而，nsp15与宿主细胞的互作网络及其功能机制仍有待阐明。

  本研究取得系列重要发现：（1）来自四个冠状病毒属的nsp15均能显著抑制宿主蛋白合成，并诱导多聚腺苷酸结合蛋白PABPC1发生核滞留，且这一过程严格依赖其EndoU酶活性；（2）通过荧光原位杂交和实时定量PCR技术，发现nsp15可与特定细胞mRNA共定位，并显著降低多种抗病毒基因的mRNA水平；（3）RNA互作组学分析揭示，虽然nsp15主要定位于病毒复制转录复合体（RTC），但能特异性结合6种病毒RNA和237种宿主RNA，其中宿主RNA编码的蛋白主要参与翻译过程；（4）蛋白质互作组学鉴定出809个与nsp15相互作用的宿主蛋白，这些蛋白显著富集于核糖体生物发生、RNA加工和翻译调控等通路。这些发现揭示了nsp15靶向宿主RNA和蛋白，干扰宿主蛋白翻译过程。

  研究团队以传染性支气管炎病毒（IBV）为模型，深入解析了nsp15在感染过程中的动态调控机制：（1）野生型IBV凭借功能性nsp15有效控制病毒dsRNA积累，以不依赖PKR-eIF2α通路的方式抑制宿主蛋白翻译，同时维持PABPC1的胞质定位；（2）EndoU活性缺陷突变株rIBV-nsp15-H238A则导致病毒dsRNA异常积累，激活PKR-eIF2α通路介导的翻译关闭，并引发PABPC1核转位，不利于病毒蛋白翻译；（3）在PKR-eIF2α通路缺失条件下，野生型IBV仍保持翻译抑制能力，而突变株的抑制作用显著减弱。以上结果证实nsp15具有独立于PKR-eIF2α通路的翻译调控功能，且通过减少dsRNA的积累，帮助病毒规避了不利于其复制的PKR-eIF2α通路。

  该研究创新性地揭示了nsp15在冠状病毒感染中的双重调控机制：一方面通过调控病毒dsRNA水平，避免激活对病毒蛋白翻译有害的PKR-eIF2α通路；另一方面通过靶向宿主RNA和蛋白质网络，特异性抑制宿主蛋白翻译系统。这些发现不仅阐明了nsp15介导的宿主翻译关闭这一保守机制，更为理解冠状病毒高效利用宿主资源的分子基础提供了重要理论依据。

冠状病毒核酸内切酶nsp15调控宿主蛋白翻译的模式图

  该研究得到了国家重点研发计划（2021YFD1801104）、国家自然科学基金（32372999和32172834）以及上海市自然科学基金（23ZR1477000）的资助。中国农业科学院上海兽医研究所廖瑛研究员和荷兰瓦赫宁根大学的Maria Forlenza副教授为该论文的共同通讯作者，上海兽医研究所博士生宫晓倩和王杰煌、硕士生冯闪环为论文共同第一作者。

https://journals.plos.org/plospathogens/articleid=10.1371%2Fjournal.ppat.1012987

本期编辑：小黄