直接RNA測序、串聯質譜法揭示新冠轉錄組和蛋白質組特征

此前，南開大學高山、阮吉壽等在中國預印本ChinaXiv網站發表論文，稱新冠病毒S蛋白可能存在Furin蛋白酶切位點。

近日，發表在預印本網站bioRxiv上的一篇論文使用直接RNA測序和串聯質譜法表明了SARS-CoV-2的轉錄組和蛋白質組的特征，揭示了細胞通道在去除了疑似Furin 蛋白酶切位點的S蛋白中誘導的框內缺失突變的證據。

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研究人員使用Oxford Nanopore的納米孔DNA測序儀MinION進行直接RNA測序，確定了生長在Vero E6細胞中的SARS-CoV-2的轉錄組特征。該細胞系被廣泛用于新型冠狀病毒的增殖。

研究揭示了病毒轉錄的模式(即亞基因組mRNAs)，通常符合冠狀病毒的復制和轉錄預測模型。

在編碼S蛋白的亞基因組mRNAs中檢測到24nt的框內缺失。

這一特征在一半以上的轉錄本中被確認，并被預測將從S蛋白中移除一個疑似的Furin蛋白酶切位點。

此前的研究表明，Furin蛋白酶切位點的存在是新冠病毒的一個重要變異，是此前所有發現的SARS和SARS樣(SARS-like)冠狀病毒所不具備的。這種變異有可能增強了新冠病毒的傳播能力。

與轉錄組分析相結合，串聯質譜法被用于鑒定超過500個病毒肽和44個磷酸肽，涵蓋了幾乎所有預測由SARS-CoV-2基因組編碼的蛋白質，包括S糖蛋白缺失變體特有的肽。

研究人員在S蛋白的Furin蛋白酶切位點檢測到明顯可行的缺失，進一步證實了SARS-CoV-2蛋白的這一區域和其他區域可能容易發生突變。

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(圖3：一種以三聚體形式存在的野生型SARS-CoV-2的S蛋白的空間填充模型。)

鑒于人們對S蛋白作為一種潛在的疫苗靶點的興趣，以及對Furin蛋白酶切位點可能在該病毒的發病和人畜共患病中起重要作用的觀察，這一點具有明確的意義。

研究人員提出，在研究、動物挑戰模型以及潛在的臨床樣本的病毒種群生長過程中，應仔細監測病毒基因組序列。這種變異可能導致不同程度的毒力、發病率和死亡率。

論文稱，盡管對SARS-CoV-2基因組的分析能夠對潛在的轉錄和ORFS進行高度的置信預測，但迫切需要對預測結果進行確認，并對新的轉錄進行鑒定和評估，以確定其生物學意義以及在毒力和發病機制中的作用。

同時，采用基于串聯質譜的蛋白質組學方法實現了病毒轉錄物表達的獨立確認。這提供了對整個病毒蛋白范圍的直接觀察，并有助于解決轉錄組數據中的歧義。

最后，磷酸化位點的識別提供了一個基于激酶抑制劑的治療靶點的寶貴列表。

利用轉錄組學(PIT)指導的對復制感染細胞的蛋白質組學研究為這些關鍵的分子病毒學問題提供了一種快速、高分辨率的方法。

Furin蛋白酶切位點是什么?

此前研究表明，新型冠狀病毒與SARS冠狀病毒有較大差異。這種β冠狀病毒存在大量的可變翻譯，變異快、多樣性高。

另有研究表明，Furin 蛋白酶切位點的存在是新冠病毒的一個重要變異，是此前所有發現的SARS和SARS樣(SARS-like)冠狀病毒所不具備的。其包裝機制有可能與鼠肝炎冠狀病毒、HIV、埃博拉病毒等的包裝機制相同，而不同于SARS 等其它大部分β冠狀病毒。

由于包裝機制的改變，新型冠狀病毒S蛋白獲得了更高的侵染細胞的效率，這可能是其傳播能力大于SARS 冠狀病毒的一個原因。

新冠病毒與其他病毒的相似性已被許多科學家利用以進行藥物研究。如艾滋病藥物洛匹那韋(lopinavir)和利托那韋(ritonavir)被用于進行新冠病毒的治療實驗，也有人提出治療早期SARS的藥物或可開發成針對新冠病毒的有效藥物。

這種“老藥新用”的思路更為方便、快捷，能加快新冠病毒藥物開發的進展，并且不用經過漫長的新藥經監管部門審批的等待過程，對于目前的疫情防治有著重要意義。

參考資料：

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

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