Science子刊：研究人员发现了人类诺如病毒的复制中心

人类诺如病毒是一种正链RNA病毒，是病毒性胃肠炎的主要病因，全球每年约有6.85亿例病例和21.2万例死亡，目前尚无批准的疫苗或抗病毒药物。贝勒医学院和德克萨斯大学MD安德森癌症中心的研究人员在《科学进展》杂志上报告说，他们发现了人类诺如病毒的复制中心，为改进药物治疗铺平了道路，这可能会导致设计抗病毒药物来预防、控制或治疗这些感染。

“当病毒感染细胞时，它们通常会产生专门的区室——复制工厂——在那里它们形成新的病毒，感染更多的细胞导致疾病，”贝勒大学生物化学和分子药理学博士实验室的博士后Soni Kaundal博士说。B.V. Venkataram Prasad博士是该研究的通讯作者。然而，人们对诺如病毒的复制工厂知之甚少。

越来越多的证据表明，一些复制工厂通常没有被膜与周围环境隔开。相反，它们是生物分子凝聚物，结构类似于液-液相分离形成的气泡。这些冷凝物选择性地结合了病毒复制所需的蛋白质和其他物质。液体状凝聚体作为复制工厂已在其他病毒中得到广泛研究，包括狂犬病和麻疹病毒。在这项研究中，研究人员调查了诺如病毒是否形成作为复制中心的生物分子凝聚体。

Kaundal说：“我们知道，这些凝聚体通常是由一个能够结合遗传物质的单一病毒蛋白引发的，它具有一个灵活的区域，形成低聚物，即由少量重复单元组成的分子。”

研究小组通过应用生物信息学分析来鉴定诺如病毒蛋白质，这些蛋白质将呈现最有可能导致液体冷凝物形成的特征。

Kaundal说：“通过研究人类诺如病毒大流行株GII.4，我们发现依赖RNA的RNA聚合酶形成生物分子凝聚体的倾向最高。诺如病毒大流行株是导致世界上大多数肠胃炎病例的原因。”“这种蛋白质有一个灵活的区域，可以形成低聚物，结合RNA，诺如病毒的遗传物质，并在病毒复制病毒RNA的过程中发挥重要作用。所有这些特征促使我们通过实验测试GII.4 RNA聚合酶是否驱动有利于病毒复制的生物分子凝聚物的形成。”

“我们的实验研究表明，GII.4 RNA聚合酶确实在实验室的生理相关条件下形成了高度动态的液体状凝聚体，这种蛋白质的柔性区域对这一过程至关重要，”分子病毒学和微生物学教授、贝勒大学生物化学教授Alvin Romansky说。普拉萨德也是贝勒大学丹·邓肯综合癌症中心的成员。“此外，凝析油是高度动态的结构：一些凝析油可以合并形成一个更大的结构，也可以分裂成更小的结构；它们也会在细胞内移动，与周围环境交换物质。”

接下来，研究人员调查了这些液体状凝聚物是否也在诺如病毒感染的人类肠道细胞中形成。直到最近，研究诺如病毒如何在细胞内复制一直很困难，因为研究人员缺乏一种有效的生物系统来在实验室中培养病毒。但在2016年，贝勒大学的玛丽·埃斯蒂斯博士及其同事的实验室成功地在人类肠道样肠培养物中培养了人类诺如病毒菌株。

这些培养物也被称为微型肠道，是人类胃肠道的实验室模型，概括了其细胞的复杂性、多样性和生理学。人类肠道模拟菌株特异性宿主病毒感染模式，使其成为解剖人类诺如病毒感染的理想系统，如在目前的研究中，以确定菌株特异性生长需求，开发和测试治疗方法和疫苗。

“我们发现，在诺如病毒感染的人类肠道样肠培养物以及在实验室培养的HEK293T人类细胞系中形成了液体状凝聚体。我们提出这些凝聚体是人类诺如病毒的复制中心，这是一个优雅的解决方案，解决了一个令人困惑的问题，即在正链RNA病毒中，核糖体辅助的病毒基因组翻译是如何被病毒聚合酶从复制中分离出来的，”Prasad说。“我们的生物信息学分析还表明，几乎所有诺如病毒株的RNA聚合酶都具有形成这些复制工厂的高度倾向，这表明这可能是大多数诺如病毒的常见现象。”

“这是一篇非凡的论文，我很高兴我们能够利用人类肠道类肠道培养系统在病毒感染的细胞中验证这些发现，”贝勒大学杰出服务教授兼Cullen基金会分子病毒学和微生物学主席Estes说。埃斯蒂斯也是德克萨斯医学中心消化疾病中心胃肠道实验模型系统核心的联合主任，也是贝勒大学丹·邓肯综合癌症中心的成员。

这些发现不仅为人类诺如病毒复制提供了新的见解，而且为设计针对人类诺如病毒感染的抗病毒药物开辟了新的靶点，诺如病毒感染仍然是儿童和免疫功能低下患者的严重威胁。

这项工作的其他贡献者包括Ramakrishnan Anish， B. Vijayalakshmi Ayyar, srejesh Shanker, Gundeep Kaur, Sue E. Crawford， Jeroen Pollet和Fabio Stossi。作者隶属于贝勒医学院和德克萨斯大学MD安德森癌症中心。