4月18日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Molecular Cell Biology在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心(生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所)周小龍研究組題為“SARS-CoV-2 main protease Nsp5 cleaves and inactivates human tRNA methyltransferase TRMT1” 的最新研究成果。該項(xiàng)工作揭示了新冠病毒蛋白質(zhì)水解酶Nsp5切割宿主tRNA修飾酶TRMT1的分子機(jī)制。

　　由嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)冠狀病毒2型(SARS-CoV-2)引起的COVID-19對(duì)全球公共衛(wèi)生構(gòu)成嚴(yán)重威脅。SARS-CoV-2感染宿主細(xì)胞后，其基因組首先翻譯產(chǎn)生多肽蛋白質(zhì)pp1a、pp1ab，并進(jìn)一步通過(guò)蛋白質(zhì)酶水解方式產(chǎn)生16種非結(jié)構(gòu)性蛋白質(zhì)(nonstructural protein, Nsp)，包括主蛋白酶Nsp5 (又稱M^pro)。Nsp5特異性識(shí)別并切割pp1a及pp1ab保守位點(diǎn)，對(duì)于病毒復(fù)制轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的形成、病毒基因的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄具有決定性作用。基于Nsp5在病毒生命周期的核心作用，針對(duì)Nsp5的結(jié)構(gòu)與功能研究，以及靶向Nsp5催化中心的藥物設(shè)計(jì)與篩選成為研究熱點(diǎn)。除病毒基因組編碼的pp1a和pp1ab外，一些宿主蛋白也同樣被預(yù)測(cè)或證實(shí)是Nsp5的潛在底物。例如有研究表明Nsp5可以靶向切割自噬調(diào)節(jié)元件p62，致使其失去識(shí)別泛素化底物和結(jié)合自噬因子招募底物到自噬小體的功能，使新型冠狀病毒免受選擇性自噬通路的降解。

　　SARS-CoV-2蛋白質(zhì)與人類蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)研究揭示，Nsp5酶活缺陷體Nsp5 C145A與人細(xì)胞tRNA甲基轉(zhuǎn)移酶TRMT1存在相互作用。TRMT1負(fù)責(zé)催化形成人細(xì)胞質(zhì)和線粒體部分tRNA第26位的N²-甲基鳥苷(m²G)和N²,N²-二甲基鳥苷(m^2,2G)修飾。tRNA的轉(zhuǎn)錄后修飾對(duì)于促進(jìn)tRNA折疊、維持tRNA結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)密碼子與反密碼子的相互作用等具有至關(guān)重要的作用。然而，TRMT1是否為Nsp5體內(nèi)的真正底物以及TRMT1被Nsp5切割的細(xì)胞功能尚不清楚。

　　本研究中，研究人員通過(guò)免疫印跡、蛋白質(zhì)純化等方法證實(shí)，在體外條件下，SARS-CoV-2 Nsp5和序列高度一致的SARS-CoV Nsp5均能夠高效切割TRMT1;基于NetCorona軟件，預(yù)測(cè)TRMT1的Q530位點(diǎn)為Nsp5高可信度的切割位點(diǎn);在細(xì)胞水平上明確Nsp5能夠體內(nèi)切割TRMT1的Q530位點(diǎn)，而沒(méi)有催化活性的Nsp5 C145A突變體則喪失切割能力;通過(guò)構(gòu)建蛋白質(zhì)水解報(bào)告系統(tǒng)，進(jìn)一步證實(shí)TRMT1作為Nsp5的靶向切割底物;最后通過(guò)重組TRMT1介導(dǎo)的m²G/m^2,2G修飾活力實(shí)驗(yàn)，證明Nsp5對(duì)底物TRMT1的切割會(huì)破壞修飾酶的催化功能區(qū)域，導(dǎo)致TRMT1的切割形式喪失了對(duì)底物tRNA的修飾能力，從而可能進(jìn)一步下調(diào)了宿主mRNA的翻譯。

　　本研究通過(guò)體內(nèi)與體外實(shí)驗(yàn)，明確了人tRNA修飾酶TRMT1為SARS-CoV-2 Nsp5的酶切底物，揭示了TRMT1中Nsp5的切割位點(diǎn)，并進(jìn)一步證明了TRMT1的切割產(chǎn)物喪失其原有的tRNA修飾活力。這些研究結(jié)果加深了對(duì)新冠病毒蛋白質(zhì)水解酶Nsp5在細(xì)胞內(nèi)與宿主蛋白質(zhì)相互作用及其可能效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，為揭示新冠病毒感染過(guò)程中，宿主細(xì)胞mRNA翻譯的選擇性抑制提供了新的視角。

　　分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士研究生魯嘉莉?yàn)楸疚牡谝蛔髡?，周小龍研究員為本文通訊作者。本研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、基金委、中科院以及上海市的經(jīng)費(fèi)資助。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1093/jmcb/mjad024 

Nsp5通過(guò)切割TRMT1以抑制其tRNA修飾活力