《Cell》新冠状病毒（SARS-CoV-2）基因组和亚基因组RNA结构绘图

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《Cell》新冠状病毒（SARS-CoV-2）基因组和亚基因组RNA结构绘图

病毒“只不过是包裹在蛋白质中的一条坏消息。” ——1960年诺贝尔生理和医学奖得主，生物学家彼得•梅达瓦（Peter Brian Medawar）

SARS-CoV-2携带的“坏消息”是以非常长的RNA的形式携带的神秘基因组。在与COVID-19流行病作斗争时，全世界似乎迷失了方向，都发现不了这种冠状病毒是由什么组成的。
作为一种RNA病毒，SARS-Cov-2进入宿主细胞复制基因组RNA并产生许多较小的RNA（称为亚基因组RNA）。这些亚基因组RNA用于合成SARS-Cov-2开始所需的各种蛋白质（刺突蛋白、囊膜蛋白等）。因此，较小的RNAs是破坏新冠状病毒攻克我们免疫系统的好目标。尽管最近的研究报告了RNA基因组序列，但只预测了基因的可能位置，具体定位仍扑朔迷离。

现在，韩国基础科学研究所RNA研究中心（IBS）的研究团队在KIM V.Narry和CHANG Hyeshik教授领导下，成功地解析了SARS-CoV-2的RNA基因组结构，与韩国疾病预防控制中心（KCDC）在内的韩国国家卫生研究所（KNIH）合作，研究人员通过实验证实了之前预测的亚基因组RNA，这些RNA反过来被翻译成病毒蛋白。此外，他们还分析了每个RNA的序列信息，揭示了基因在RNA基因组上的确切位置。



“我们不仅对SARS-CoV-2的结构进行了详细的研究，还发现了大量新的RNA和未知的病毒RNA化学修饰。我们的工作提供了SARS-CoV-2的高分辨率地图。这张地图将有助于理解病毒是如何复制的，以及它是如何逃离人类防御系统的，”这项研究的主要作者KimV.Narry教授解释说。

此前已知10个亚基因组RNA构成病毒颗粒结构。然而，研究小组证实了9个亚基因组RNA的存在，而剩下的一个亚基因组RNA是无效的。研究人员还发现，由于RNA融合和缺失事件，存在数十种未知的亚基因组RNA。“尽管需要进一步研究，但这些分子事件可能导致冠状病毒相对快速的进化。此外，我们发现病毒RNA有多种未知的化学修饰。目前尚不清楚这些修改的作用，但有一种可能性是，它们可能有助于病毒避免来自宿主的攻击，”Kim教授说。



研究小组认为，尽管变体RNA在RNA碱基序列方面具有相同的遗传信息，但它们可能具有不同于未改变的RNA的新特性。他们相信，如果他们发现了RNA的未知特征，这一发现可能为对抗新型冠状病毒提供新的线索。新发现的化学修饰也有助于了解病毒的生命周期。


这项研究成功的背后是研究团队结合了两种互补测序技术：DNA纳米球测序（DNA nanoball sequencing）和纳米孔直接RNA测序（nanopore direct RNA sequencing）。纳米孔直接RNA测序可以直接分析整个长病毒RNA，而无需片段化。传统的RNA测序方法通常需要一个逐步的过程，即在读取RNA之前切割RNA并将其转化为DNA。与此同时，DNA纳米球测序只能读取短片段，但具有高精度分析大量序列的优点。这两种技术在分析病毒RNA方面是高度互补的。

“我们获得了一个新冠状病毒的高分辨率基因图谱，它指导我们在所有SARS-CoV-2 RNAs（转录本）和所有修饰RNAs（epitranscriptome，表观转录组）上找到每一个基因。现在是探索新发现的基因功能和病毒基因融合机制的时候了。我们还必须研究RNA的修饰，看看它们是否在病毒复制和免疫反应中起作用。我们坚信，我们的研究将有助于诊断和治疗学的发展，以更有效地与病毒作斗争，”KIM V. Narry教授指出。
原文检索：Kim, D., Lee, J. Y., Yang, J. S., Kim, J. W., Kim, V. N., & Chang, H. (2020). The architecture of SARS-CoV-2 transcriptome. Cell. In press. DOI: 10.1016/j.cell.2020.04.011