直接RNA测序、串联质谱法揭示新冠转录组和蛋白质组特征

此前，南开大学高山、阮吉寿等在中国预印本ChinaXiv网站发表论文，称新冠病毒S蛋白可能存在Furin蛋白酶切位点。

近日，发表在预印本网站bioRxiv上的一篇论文使用直接RNA测序和串联质谱法表明了SARS-CoV-2的转录组和蛋白质组的特征，揭示了细胞通道在去除了疑似Furin 蛋白酶切位点的S蛋白中诱导的框内缺失突变的证据。

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研究人员使用Oxford Nanopore的纳米孔DNA测序仪MinION进行直接RNA测序，确定了生长在Vero E6细胞中的SARS-CoV-2的转录组特征。该细胞系被广泛用于新型冠状病毒的增殖。

研究揭示了病毒转录的模式(即亚基因组mRNAs)，通常符合冠状病毒的复制和转录预测模型。

在编码S蛋白的亚基因组mRNAs中检测到24nt的框内缺失。

这一特征在一半以上的转录本中被确认，并被预测将从S蛋白中移除一个疑似的Furin蛋白酶切位点。

此前的研究表明，Furin蛋白酶切位点的存在是新冠病毒的一个重要变异，是此前所有发现的SARS和SARS样(SARS-like)冠状病毒所不具备的。这种变异有可能增强了新冠病毒的传播能力。

与转录组分析相结合，串联质谱法被用于鉴定超过500个病毒肽和44个磷酸肽，涵盖了几乎所有预测由SARS-CoV-2基因组编码的蛋白质，包括S糖蛋白缺失变体特有的肽。

研究人员在S蛋白的Furin蛋白酶切位点检测到明显可行的缺失，进一步证实了SARS-CoV-2蛋白的这一区域和其他区域可能容易发生突变。

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(图3：一种以三聚体形式存在的野生型SARS-CoV-2的S蛋白的空间填充模型。)

鉴于人们对S蛋白作为一种潜在的疫苗靶点的兴趣，以及对Furin蛋白酶切位点可能在该病毒的发病和人畜共患病中起重要作用的观察，这一点具有明确的意义。

研究人员提出，在研究、动物挑战模型以及潜在的临床样本的病毒种群生长过程中，应仔细监测病毒基因组序列。这种变异可能导致不同程度的毒力、发病率和死亡率。

论文称，尽管对SARS-CoV-2基因组的分析能够对潜在的转录和ORFS进行高度的置信预测，但迫切需要对预测结果进行确认，并对新的转录进行鉴定和评估，以确定其生物学意义以及在毒力和发病机制中的作用。

同时，采用基于串联质谱的蛋白质组学方法实现了病毒转录物表达的独立确认。这提供了对整个病毒蛋白范围的直接观察，并有助于解决转录组数据中的歧义。

最后，磷酸化位点的识别提供了一个基于激酶抑制剂的治疗靶点的宝贵列表。

利用转录组学(PIT)指导的对复制感染细胞的蛋白质组学研究为这些关键的分子病毒学问题提供了一种快速、高分辨率的方法。

Furin蛋白酶切位点是什么?

此前研究表明，新型冠状病毒与SARS冠状病毒有较大差异。这种β冠状病毒存在大量的可变翻译，变异快、多样性高。

另有研究表明，Furin 蛋白酶切位点的存在是新冠病毒的一个重要变异，是此前所有发现的SARS和SARS样(SARS-like)冠状病毒所不具备的。其包装机制有可能与鼠肝炎冠状病毒、HIV、埃博拉病毒等的包装机制相同，而不同于SARS 等其它大部分β冠状病毒。

由于包装机制的改变，新型冠状病毒S蛋白获得了更高的侵染细胞的效率，这可能是其传播能力大于SARS 冠状病毒的一个原因。

新冠病毒与其他病毒的相似性已被许多科学家利用以进行药物研究。如艾滋病药物洛匹那韦(lopinavir)和利托那韦(ritonavir)被用于进行新冠病毒的治疗实验，也有人提出治疗早期SARS的药物或可开发成针对新冠病毒的有效药物。

这种“老药新用”的思路更为方便、快捷，能加快新冠病毒药物开发的进展，并且不用经过漫长的新药经监管部门审批的等待过程，对于目前的疫情防治有着重要意义。

参考资料：

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.03.22.002204v1

https://new.qq.com/omn/20200214/20200214A0NALJ00.html