新型冠狀病毒感染引起的肺炎（COVID-19）在全球范圍內(nèi)廣泛流行，由于缺乏有效的防治手段已經(jīng)對經(jīng)濟發(fā)展以及社會穩(wěn)定造成了巨大影響。新冠病毒在侵入細胞之后，通過對其基因組進行轉(zhuǎn)錄以及翻譯產(chǎn)生大量的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)蛋白。N蛋白作為一種結(jié)構(gòu)蛋白可以與病毒基因組RNA相互作用，然后在M蛋白和E蛋白的輔助下組裝成100nm左右的顆粒并最終成熟釋放至體外。但目前N蛋白結(jié)合病毒基因組RNA并啟動病毒組裝的機制還不清楚。

2020年9月9日浙江大學基礎醫(yī)學院/醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院陳偉課題組與中科院生物物理所婁繼忠課題組合作在《Cell Research》雜志在線發(fā)表了題為“Liquid–liquid phase separation by SARS-CoV-2 nucleocapsid protein and RNA”的研究論文。該工作發(fā)現(xiàn)了新冠病毒N蛋白與ssRNA會發(fā)生液液相分離現(xiàn)象并揭示了其發(fā)生以及調(diào)控機制，而液液相分離可能促進了病毒的組裝過程。該研究為新冠病毒感染的臨床治療提供了新的思路。

研究人員首先通過對冠狀病毒N蛋白序列的分析發(fā)現(xiàn)N蛋白多個無序區(qū)帶有較多的正電荷，具有結(jié)合ssRNA的能力，而其NTD結(jié)構(gòu)域是已知的核酸結(jié)合位點，而CTD結(jié)構(gòu)域可以介導二聚化，即N蛋白具有液液相分離的典型特征。后續(xù)通過實驗證實了N蛋白與ssRNA能夠發(fā)生液液相分離，并且發(fā)現(xiàn)對于長度較短的ssRNA，相分離隨ssRNA的長度增強，而與ssRNA具體序列的關系不明顯。

為了進一步研究N蛋白/ssRNA相分離的分子機制，研究人員對一系列的N蛋白的截短體進行了研究，發(fā)現(xiàn)N蛋白的CTD對于其與ssRNA相分離的發(fā)生十分重要；而核酸結(jié)合位點缺失的影響較小，表明N蛋白上還存在其它核酸結(jié)合位點。此外，研究人員還對一系列二價金屬離子進行了測試，發(fā)現(xiàn)鋅離子可以有效的增強N蛋白/ssRNA的相分離。鋅離子是一種細胞內(nèi)的第二信使，對于細胞正常的生理功能調(diào)控十分重要。本研究發(fā)現(xiàn)的N蛋白/ssRNA相分離現(xiàn)象為我們更好的了解新冠病毒的包裝過程提供了幫助，而鋅離子的調(diào)控作用有可能用于COVID-19的預防以及臨床治療中。

該工作由中國科學院生物物理研究所和浙江大學合作完成，生物物理所與深圳市寶安區(qū)婦幼保健院聯(lián)合培養(yǎng)的博士后陳輝為本文的第一作者，生物物理所婁繼忠研究員以及浙江大學陳偉教授為本文的共同通訊作者，山東大學王培會教授為課題提供了幫助。

該研究得到科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、拼多多與浙大教育基金新冠應急項目等的大力資助和支持。感謝生物物理所徐濤研究員、張宏研究員以及孫飛研究員在研究過程中的大力協(xié)助。