【科研动态】华中科技大学生命学院朱斌教授课题组发现金属离子控制冠状病毒RNA内切酶活性

　　

2025年1月15日,生命学院朱斌教授团队与武汉大学王隆飞教授团队合作在《Nucleic Acids Research》发表题为“Metal ions govern coronavirus endoribonuclease activity”的研究论文。

论文链接：https://academic.oup.com/nar/article-abstract/doi/10.1093/nar/gkaf1508/8425312?utm_source=authortollfreelink&utm_campaign=nar&utm_medium=email

DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gkaf1508

冠状病毒对人类社会造成了巨大的影响，其RNA基因组的复制过程主要由16个非结构蛋白质（nsp）完成，其中，nsp7-16被认为是组成病毒复制转录复合体的主要元件，目前对这些蛋白质的生化性质、酶功能、调控机制、以及协同作用的认识仍不清楚且存在争议，阻碍了对冠状病毒复制的理解，也限制了对由冠状病毒引起的疾病的预防和治疗手段的开发。

冠状病毒nsp15被认为是一种尿嘧啶特异性的RNA内切酶。有多项研究表明，冠状病毒nsp15的活性并不直接影响冠状病毒的复制，但会抑制宿主细胞的干扰素反应，以保证病毒复制的顺利进行。朱斌团队于2024年发现nsp15双链RNA特异性的缺刻酶功能（DOI: 10.1093/nar/gkae290），提出其通过将冠状病毒RNA复制中间产物双链RNA切割成为短片段以逃逸宿主细胞双链RNA监测系统的机制。但关于nsp15在病毒基因组复制及逃逸宿主免疫功能方面仍存在一个重要问题，即nsp15的RNA切割如何进行精确调控，确保病毒RNA复制过程中其切割活性完全被抑制，而复制完成后双链RNA中间产物立即被高效切割去除。这一必然存在的调控机制是冠状病毒基因组复制与免疫逃逸的关键平衡点，对冠状病毒生活史具有重要意义，然而在冠状病毒研究领域该机制数十年来成为研究空白。

图1 特定金属离子对不同冠状病毒nsp15 RNA切割活性的影响

在本工作中朱斌团队发现钴离子和镍离子可百倍激活nsp15的RNA切割活性，这在核酸酶的激活因子中极其罕见；而锌离子则可完全抑制nsp15的活性，并可竞争性抑制钴离子和镍离子的激活效应（图1）。与王隆飞团队合作开展的nsp15与RNA及钴离子的复合物结构研究及相关生化研究提示金属离子结合于nsp15活性位点附近，通过变构效应影响nsp15对RNA的结合能力。这三种金属离子的调控效应广泛作用于不同冠状病毒的nsp15，对于高致病性的冠状病毒包括新冠病毒nsp15的调控效应尤其显著，但对其它类似的RNA内切酶却无影响（图1）。由此本工作提出了冠状病毒nsp15的调控机制：在病毒RNA复制阶段锌离子完全抑制nsp15的活性确保病毒基因组顺利复制，而且复制完成后钴离子和镍离子的替代结合激活nsp15高效去除复制中间产物双链RNA以逃逸宿主免疫系统（图2）。

图2 冠状病毒nsp15活性调控机制示意图

理论层面，nsp15的活性调控一旦受到干扰，无论是过度激活（破坏基因组复制）还是过度抑制（影响免疫逃逸）均会严重影响冠状病毒的生活史，因此本工作的发现为冠状病毒病的防治提供了全新的靶点和策略。基于钴、镍、锌三种金属离子本身、其衍生化合物、相关金属离子代谢途径与调控因子、以及nsp15的金属离子结合位点，可开展新型冠状病毒药物研发。

华中科技大学生命科学与技术学院博士研究生王雄略与武汉大学李静博士为论文共同第一作者，华中科技大学为论文第一单位，王雄略、王隆飞、朱斌为共同通讯作者。本研究受到国家自然科学基金原创探索项目、生物医学峰基金、比邻风投等资助。