近日，南方科技大学生命科学学院副教授赵燕课题组联合南方科技大学第二附属医院（深圳市第三人民医院）讲席教授张政课题组在Journal of Cell Biology上发表了题为“LLPS of FXR proteins drives replication organelle clustering for β-coronaviral proliferation”的研究论文，揭示了SARS-CoV-2利用宿主FXR家族蛋白液-液相分离而聚集病毒DMV，同时招募翻译机器促进病毒蛋白合成，从而实现病毒的高效复制。

β-冠状病毒属于正义单链RNA病毒，宿主广泛且不断变异，其成员包括致病性SARS-CoV-2、SARS-CoV、MERS-CoV等。病毒进入细胞后，借助宿主的翻译系统，快速合成一系列病毒蛋白，包括多个非结构蛋白（nonstructural protein, Nsp），其中Nsp3和Nsp4诱导宿主细胞内膜系统重塑，形成复制细胞器（replication organelle, RO），主要结构为双层膜囊泡（double membrane vesicle, DMV），为病毒RNA合成和储存提供了安全的环境，有利于病毒基因组高效复制与翻译。病毒感染中大部分DMV紧密聚集成簇。然而，DMV在细胞内聚集分布的原因和功能尚不清楚。 

图1. 外源表达Nsp3和Nsp4诱导形成DMV样结构，对照细胞中DMV呈聚集分布，而敲低FXR1/2和FMR1后DMV弥散分布在细胞质中

FXR家族蛋白包括FXR1、FXR2和FMR1/FMRP，在RNA代谢、神经元稳态、肌肉发育和癌症发生中发挥重要作用。前人研究发现FXR1可以形成相分离液滴，招募翻译机器促进精子特异mRNA的翻译，在精子晚期发育中发挥关键作用。FXR1/2和FMR1通过与DMV外膜上的Nsp3结合，被招募到DMV位点，此过程由Nsp3的UBL1和HVR结构域与FXR1的NIR（Nsp3 interacting region）片段介导。对照细胞中，DMV在细胞质中呈簇状分布；而敲低FXR1/2和FMR1（三敲）后，DMV呈分散状态（图1）。以上结果说明FXR家族蛋白对DMV的聚集至关重要。

图2. 与对照细胞相比，敲低FXR1/2和FMR1的细胞中病毒蛋白合成能力大大减弱，并且病毒复制（亚基因组E水平）受到明显抑制

体外实验显示，体外纯化的Nsp3自身不能发生液-液相分离，但可以进入FXR1蛋白形成的液滴。FXR1液滴能够聚集Nsp3修饰的脂质体。进一步研究发现，FXR1液滴体外和体内均能招募病毒RNA和核糖体，并促进RNA的局部翻译。新冠病毒感染过程中，DMV处可以检测到明显的FXR蛋白和翻译起始因子及核糖体蛋白信号。与对照细胞相比，三敲细胞中病毒蛋白合成能力大大减弱，病毒复制受到明显抑制（图2）。

图3. FXR相分离驱动DMV的聚积并招募宿主翻译机器的示意图

综上所述，这篇文章揭示了新冠病毒利用宿主FXR蛋白通过液-液相分离而聚集病毒DMV，同时将翻译机器招募到病毒RNA复制的位点，实现病毒RNA的复制和翻译偶联，促进病毒的高效复制（图3）。这项研究对于理解新冠病毒复制的机制以及研发针对性的治疗策略具有重要的意义。

赵燕和张政为本论文共同通讯作者，南方科技大学为第一通讯单位。南方科技大学博士生李萌，硕士生侯雅丽，南方科技大学第二附属医院（深圳市第三人民医院）博士后周宇筝，硕士生杨珍妮为并列第一作者。中国科学院生物物理所赵红玉博士，南方科技大学生命科学学院研究副教授刘晓天，香港科技大学博士研究生简滔，南方科技大学生命科学学院助理教授曾福星和博士生禹千禧为该项研究的合作作者。南方科技大学分析测试中心教师林琳为本研究提供技术支持，本研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、深圳市科创委以及深港脑科学创新研究院等项目支持。

文章链接：https://rupress.org/jcb/article-abstract/223/6/e202309140/276689/LLPS-of-FXR-proteins-drives-replication-organelle?redirectedFrom=fulltext 

供稿：生命科学学院

通讯员：付文卿

图片：李嘉慧

编辑：任奕霏