全面了解SARS-CoV-2编码的29种蛋白

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撰文 | 雪月

2020年4月3日，《纽约时报》著名专栏作家Carl Zimmer和《纽约时报》科学图形编辑Jonathan Corum发表了题为Bad News Wrapped in Protein: Inside the Coronavirus Genome 的文章。该文章将SARS-CoV-2编码的29种蛋白以模式图和简明易懂的文字呈现出来。

该文作者之一Carl Zimmer是知名科普作家，在耶鲁大学教授科学与环境写作。《纽约时报》的科学专栏获奖作家。他两次获得了美国国家科学院，工程学和医学交流奖，并且三次获得了美国科学促进科学新闻协会奖。

Carl Zimmer

他写过多本广受欢迎的科普作品，包括《病毒星球》《演化》《在水的边缘》《万物身刻》等，曾于2007年摘得美国国家科学院科学传播奖（The National Academies Communication Award），这一奖项是该领域的桂冠荣誉。

其中《病毒星球》（A Planet of Viruses）值得一看，已有中文版。此书在讲述关于自然的新奇故事的同时，能更新你对自然的想法和理解。这本书指出69%的人携带了一种致癌病毒。人类在本质上不过是一堆不断混合、闪转腾挪的DNA，8%的片段来自病毒。生病时你总想着摆脱病毒，读完这本书你会感谢病毒。这本书会让你重新理解病毒与人类的关系，认识人类在万物中的位置。

另一位作者Jonathan Corum是《纽约时报》的信息设计师兼科学图形编辑，也是13pt LLC的创始人，毕业于耶鲁大学，获得艺术和东亚研究学位，并且是日本剑术Iaido的讲师。Jonathan力求清晰，简单地呈现复杂的信息，看重清晰、优雅的视觉解释。他为《泰晤士报》设计了1000多种图形。他也曾在字体局和交互局的网站上设计字体。

Jonathan Corum

早在1977年生物学家Jean和Peter Medawar提出病毒“只是包裹在蛋白质中的一条遗传信息”。病毒必须感染进入活细胞才能进行复制和传播。当SARS-CoV-2病毒找到合适的细胞时，它会注入一条包含整个基因组的RNA链。SARS-CoV-2病毒的基因组不到30000个碱基。研究学者已经鉴定出基因组能够转录多达29种蛋白质。对其他冠状病毒的研究为学者们提供了了解SARS-CoV-2蛋白的途径。但是一些蛋白质功能未知，有些蛋白质可能根本不起作用。以下列出SARS-CoV-2的29种蛋白质以及功能，并附上模式图。原文链接中可查看蛋白相关RNA序列。

SARS-CoV-2的29种蛋白质

16种蛋白质链·ORF1ab

被SARS-CoV-2感染的细胞内部产生的第一个病毒蛋白实际上是16种蛋白质结合在一起的蛋白链（见上图）。其中的2两种蛋白像剪刀一样把蛋白从蛋白链上释放出来。

细胞破坏分子·NSP1

这种蛋白质会减慢受感染细胞自身蛋白质的产生。这种破坏行为会迫使细胞产生更多的病毒蛋白。

NSP1

神秘蛋白·NSP2

尚不能确定NSP2的功能。它附着的蛋白质可能会提供一些线索，其中两个有助于内体的移动。

NSP2

取消标记和切割蛋白·NSP3

NSP3是一种具有两个重要功能的蛋白质，一是切割其他病毒蛋白，以便行使各自的功能。它还会改变许多被感染细胞的蛋白质。通常健康的细胞会标记旧蛋白质以进行降解。但是SARS-CoV-2病毒可以去除这些标签，改变蛋白质的平衡，降低细胞抵抗病毒的能力。

NSP3

液泡制造蛋白·NSP4

NSP4与其他蛋白质结合，有助于在受感染的细胞内形成充满液体的泡泡结构，这里也是构建部分新病毒的场所。

NSP4

蛋白质剪刀·NSP5

这种蛋白质可以使大多数其他NSP蛋白质从蛋白链上解放出来。

NSP5

液泡工厂·NSP6

与NSP3和NSP4配合构建生产病毒的泡泡结构。

NSP6

复制助手·NSP7和NSP8

这两种蛋白质可以帮助NSP12生成RNA基因组的新拷贝，用于组装新病毒。

NSP7

NSP8

细胞中心·NSP9

这种蛋白质会通过微小通道渗入被感染细胞的核中，它可能能够影响分子进出核的运动-但是出于什么目的，还未知。

NSP9

伪装蛋白·NSP10

人类的细胞具有抗病毒蛋白，可以识别病毒RNA并将其降解。NSP10可与NSP16结合，以伪装病毒的基因组，从而不会受到攻击。

NSP10

复制机器·NSP12

这种蛋白质协助病毒基因组复制。研究人员已经发现在其他冠状病毒中，抗病毒药remdesivir会干扰NSP12。另一个序列NSP11与编码NSP12的RNA的一部分重叠。但是尚不清楚该基因编码的微小蛋白质是否具有功能。

NSP12

RNA解开蛋白·NSP13

病毒RNA会缠绕起来。研究学者推测NSP13可以解开缠绕的RNA链，以便复制或者蛋白翻译。

NSP13

病毒校对器·NSP14

NSP12协助病毒基因组复制时，有时会出错。NSP14可以纠正这些错误。

NSP14

清理蛋白·NSP15

研究人员推测这种蛋白质会切碎剩余的病毒RNA，以躲避机体的抗病毒防御反应。

NSP15

隐藏蛋白·NSP16

NSP16与NSP10一起可将病毒的基因组隐藏起来，以躲避切割病毒RNA的蛋白质。

NSP16

刺突蛋白·S

刺突蛋白是形成冠状病毒外层，并保护内部RNA的四种结构蛋白S，E，M和N之一的蛋白。通过形成三聚体，S蛋白在病毒表面上形成明显的刺突。刺突的一部分可以延伸并附着在ACE2的蛋白质上（图中为为黄色），然后病毒可以入侵细胞。SARS-CoV-2的刺突蛋白基因中插入了12个碱基：ccucggcgggca。这种突变或有助于刺突与人类细胞更加紧密结合。目前许多科研团队正在设计药物用来阻止刺突蛋白附着在人体细胞上。

刺突蛋白

逃脱行家·ORF3a

SARS-CoV-2基因组还编码一组所谓的“辅助蛋白”。它们有助于改变被感染细胞内部的环境，从而使病毒更容易复制。ORF3a蛋白在被感染细胞的膜上打洞，使病毒更容易逃脱。

ORF3a

包膜蛋白·E

包膜蛋白是一种结构蛋白。一旦病毒进入细胞内部，它可以锁定蛋白质，从而帮助打开和关闭被感染细胞的基因组。

包膜蛋白

膜蛋白·M

形成病毒外壳的另一种结构蛋白。

膜蛋白

信号阻止蛋白·ORF6

该蛋白阻止被感染细胞将信号发送至免疫系统。它还能阻止细胞自身的一些抗病毒蛋白。

ORF6

病毒逃逸蛋白·ORF7a

当复制的新病毒试图逃脱细胞时，细胞可以用称为tetherin的蛋白质捕获它们。一些研究表明，ORF7a减少了感染细胞的tetherin表达，从而使更多病毒得以逃逸。研究人员还发现，这种蛋白质可以触发受感染的细胞自杀，对被感染组织造成损害。

ORF7a

神秘蛋白·ORF8

SARS-CoV-2中该蛋白的基因与其他冠状病毒有着显着不同。研究人员正在探究它的作用。

ORF8

核衣壳蛋白·N

N蛋白可以保护病毒RNA，使其在病毒内部保持稳定。许多N蛋白以长螺旋形连接在一起，包裹RNA。

核衣壳蛋白

编码蛋白ORF9b和ORF9c的RNA片段重叠。ORF9b可以阻断干扰素，抵抗机体病毒防御，但目前还不清楚ORF9c的作用。

神秘蛋白·ORF10

SARS-CoV-2的近亲病毒并没有这种微小辅助蛋白的基因，它的用途还不清楚。

ORF10

SARS-CoV-2的RNA组尾端

冠状病毒的基因组以一小段RNA结尾，从而终止蛋白翻译，然后以重复的aaaaaaaaaaaaaa序列结尾。

本文资料来源:

Fan Wu et al., Nature; National Center for Biotechnology Information; Dr. David Gordon, University of California, San Francisco; Dr. Matthew B.Frieman and Dr. Stuart Weston, University of Maryland School of Medicine; Dr. Pleuni Pennings, San FranciscoState University; Journal of Virology; Annual Review of Virology.

蛋白模型资料来源:

Coronavirus by Maria Voigt, RCSB Protein Data Bank headquartered at Rutgers University–New Brunswick; Ribosome from Heena Khatter et al., Nature; Proteins from Yang Zhangʼs Research Group, University of Michigan.

原文链接

https://www.nytimes.com/interactive/2020/04/03/science/coronavirus-genome-bad-news-wrapped-in-protein.html

https://english.yale.edu/people/adjunct-professors-and-senior-lecturers-full-part-time-lecturers-creative-writers/carl-zimmer

http://13pt.com/corum/

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