上海巴斯德所揭示人类冠状病毒OC43离子通道蛋白功能及机制

 

前期研究发现，人类冠状病毒SARS-CoV的3a蛋白是病毒离子通道蛋白，但尚不清楚这一功能在其他人类冠状病毒中是否保守。

 

分子病毒学研究组博士研究生张荣华等在孙兵研究员和苏州大学熊思东教授共同指导下，对另一种人类冠状病毒的同源蛋白HCoV-OC43-ns12.9的分子特性及功能进行了深入研究。研究人员首先通过爪蟾卵母细胞双极电压钳实验和钾离子通道缺陷性酵母互补实验证明，HCoV-OC43的ns12.9蛋白具有离子通道活性，也是一类病毒离子通道蛋白。通过长达6年的努力，研究人员建立了反向遗传学系统，构建了ns12.9蛋白缺失的突变病毒，发现突变病毒在细胞中和小鼠体内的复制能力都明显减弱。同时，机制研究发现ns12.9蛋白影响病毒组装过程，ns12.9蛋白缺失后病毒粒子呈现出中空的畸形形态。此外，通过体外瞬时补偿实验，发现其他冠状病毒的同源蛋白能够补偿突变病毒的感染增殖，表明这些蛋白在冠状病毒感染过程中发挥着相同的功能，并证实了离子通道蛋白的活性对冠状病毒感染的重要性。

 

该研究进一步阐释了冠状病毒复制和致病机理，为抗冠状病毒药物的开发提供了新的药物靶标。

 

人冠状病毒OC43的ns12.9蛋白形成离子通道并影响病毒组装。（A）ns12.9蛋白在爪蟾卵母细胞上表达形成离子通道。（B）ns12.9蛋白影响病毒组装。（C）ns12.9蛋白缺失影响病毒致病力。

 

JVirol.2015Sep2.pii:JVI.01986-15.[Epubaheadofprint]

 

Thens12.9accessoryproteinofhumancoronavirusOC43isaviroporininvolvedinvirionmorphogenesisandpathogenesis.

 

Abstract

 

AnaccessorygenebetweentheSandEgenelociiscontainedinallcoronaviruses(CoVs),anditsfunctionhasbeenstudiedinsomecoronaviruses.ThisgenelocusinhumancoronavirusOC43(HCoV-OC43)encodesthens12.9accessoryprotein;however,itsfunctionduringviralinfectionremainsunknown.Here,weengineeredarecombinantmutantviruslackingthens12.9protein(HCoV-OC43-Δns12.9)tocharacterizethecontributionsofns12.9inHCoV-OC43replication.Thens12.9accessoryproteinisatransmembraneproteinandformsionchannelsinbothXenopusoocytesandyeastthroughhomo-oligomerization,suggestingthatns12.9isanewlyrecognizedviroporin.HCoV-OC43-Δns12.9presentedatleast10-foldreductionofviraltiterinvitroandinvivo.Intriguingly,exogenousns12.9andheterologousviroporinswithionchannelactivitycouldcompensatetheproductionofHCoV-OC43-Δns12.9,indicatingthattheionchannelactivityofns12.9playsasignificantroleintheproductionofinfectiousvirions.Systematicdissectionofsingle-cyclereplicationrevealedthatns12.9proteinhadnomeasurableeffectonvirusentry,subgenomicmessengerRNA(sgmRNA)synthesisandproteinexpression.FurthercharacterizationrevealedthatHCoV-OC43-Δns12.9waslessefficientinvirionmorphogenesisthanrecombinantwild-typevirus(HCoV-OC43-WT).Moreover,reducedviralreplication,inflammatoryresponseandvirulenceinHCoV-OC43-Δns12.9-infectedmicewereobservedcomparedwithHCoV-OC43-WT-infectedmice.Takentogether,ourresultsdemonstratedthatthens12.9accessoryproteinfunctionsasaviroporin,andisinvolvedinvirionmorphogenesisandthepathogenesisofHCoV-OC43infection.

 

IMPORTANCE:

 

HCoV-OC43wasisolatedinthe1960sandisamajoragentofthecommoncold.ThefunctionsofHCoV-OC43structuralproteinshavebeenwellstudied,butfewstudieshavefocusedonitsaccessoryproteins.Inthepresentstudy,wedemonstratedthatthens12.9proteinisanewlyrecognizedviroporin,andthens12.9geneknockoutvirus(HCoV-OC43-Δns12.9)presentsagrowthdefectinvitroandinvivo.Weidentifiedtheimportantfunctionsofthens12.9viroporininvirionmorphogenesisduringHCoV-OC43infection.Furthermore,miceinfectedwithHCoV-OC43-Δns12.9exhibitedreducedinflammationandvirulenceaccompaniedbyalowertiterinthebraincomparedwithwild-typeinfectedmice,suggestingthens12.9viroporininfluencesviruspathogenesis.Therefore,ourfindingsrevealedthatthens12.9viroporinfacilitatesthevirionmorphogenesistoenhanceviralproduction,andtheseresultsprovidedadeeperunderstandingofHCoV-OC43pathogenesis.