Cell：李兰娟/李赛等解析新冠病毒完整分子结构

由于新病例的迅速增加，2019年冠状病毒病（COVID-19）很快引起了全球关注，病原体被鉴定为SARS-CoV-2。截至目前（9月15日），据约翰·霍普金斯大学发布的实时统计数据，全球累计新冠肺炎确诊病例超过2925万例，死亡人数达93万。这些指趾每天都会更新，而且预计还会进一步增加。尽管在SARS-CoV-2蛋白的结构阐明方面取得了最新进展，但完整病毒的详细结构仍有待揭示。
2020年9月14日，浙江大学传染病诊治国家重点实验室李兰娟院士、清华大学生科院李赛研究员共同通讯刊 Cell 在线发表题为“Molecular architecture of the SARS-CoV-2 virus ”的研究论文，该研究使用冷冻电子断层扫描（cryo-ET）和子断层扫描图平均化（STA），解析了真实SARS-CoV-2病毒的分子组装。确定融合前后构象中S蛋白的天然结构，其平均分辨率为8.7-11Å。通过质谱分析来自天然刺突的N-连接聚糖的组成，其揭示了天然聚糖与重组糖蛋白聚糖的总体加工状态高度相似。总体而言，这些特征非常详细地揭示了SARS-CoV-2病毒的结构，并阐明了该病毒如何在直径约80 nm的管腔中堆积其约30 kb长的单段RNA。

SARS-CoV-2是一种新型的β-冠状病毒。SARS-CoV-2在其（+）RNA基因组中至少编码29种蛋白质，其中四种是结构蛋白质：刺突（S），膜（M），包膜（E）和核衣壳（N）蛋白。

约600 kDa的三聚S蛋白是已知的最大的I类融合蛋白之一，被66个N-连接的聚糖高度糖基化。每个S 原蛋白包含S1和S2亚基，以及单个跨膜（TM）锚。S蛋白通过受体结合域（RBD）与细胞表面受体血管紧张素转化酶2（ACE2）结合，这是膜融合的必不可少的步骤。S的激活需要Furin蛋白酶样蛋白酶切割S1 / S2并经历从融合前到融合后的构象变化。

已解决了S蛋白的几种融合前构象，其中三个RBD显示不同的方向，即“向上”或“向下”。仅当RBD采用“向上”构象时，受体结合位点才暴露。尽管努力阐明了使用重组蛋白以接近原子的分辨率解析SARS-CoV-2病毒宿主的识别和进入机制，但仍需要有关真实病毒的原位结构和态势的高分辨率信息。

冠状病毒是所有RNA病毒中最大的基因组。N蛋白质如何在病毒管腔中寡聚，组织和包装约30 kb长的单链RNA是令人费解的。 冠状病毒的早期负染色电子显微镜显示直径约为15 nm的单链螺旋RNP。SARS-CoV的Cryo-ET表明，RNP以约4-5 nm的分辨率组织在包膜下的晶格中。但是，在小鼠肝炎病毒（MHV）未观察到这种超微结构。到目前为止，还没有针对冠状病毒RNP的分子模型，对其他（+）RNA病毒的RNP的结构，组装和RNA包装知之甚少。

该研究使用冷冻电子断层扫描（cryo-ET）和子断层扫描图平均化（STA），解析了真实SARS-CoV-2病毒的分子组装。确定融合前后构象中S蛋白的天然结构，其平均分辨率为8.7-11Å。通过质谱分析来自天然刺突的N-连接聚糖的组成，其揭示了天然聚糖与重组糖蛋白聚糖的总体加工状态高度相似。总体而言，这些特征非常详细地揭示了SARS-CoV-2病毒的结构，并阐明了该病毒如何在直径约80 nm的管腔中堆积其约30 kb长的单段RNA。