Cell Discovery ：深入研究新冠病毒奥密克戎突变株识别入侵宿主细胞

2022年11月16日，南方科技大学鄢仁鸿课题组与田瑞琳课题组合作在Cell Discovery期刊在线发表了题为 Structures of ACE2–SIT1 recognized by Omicron variants of SARS-CoV-2 (“新冠病毒奥密克戎变异株识别ACE2-SIT1复合物的结构基础”)的研究文章，深入解析了新冠病毒奥密克戎突变株BA.2及BA.5识别细胞受体ACE2的分子机制，并通过大量功能实验揭示了关键宿主因子SIT1调控新冠病毒入侵的分子机制。

ACE2是新冠病毒的关键细胞受体，病毒的刺突糖蛋白（S蛋白）的受体结合结构域与ACE2结合后会引发S蛋白整体的构象变化，释放S2融合肽，从而促进病毒囊膜与宿主细胞膜的膜融合,开启病毒进入宿主细胞的大门。此前研究报道，ACE2的C端结构域（CLD）能够辅助氨基酸转运蛋白B⁰AT1 (SLC6A19) 和 SIT1 (SLC6A20) 在细胞膜上的定位，而基因组分析及细胞敲除试验表明SIT1 (SLC6A20) 的突变可能是增加COVID-19重症发生的概率。而此前人们对于SIT1是否以及如何影响SARS-CoV-2对ACE2的识别机制尚不清楚。在此背景下，鄢仁鸿和田瑞琳团队对该科学问题展开研究。

作者们首先通过重组表达及分步亲和纯化的方法首次获得了均一稳定的ACE2-SIT1复合物蛋白，表明SIT1与ACE2之间类似于B⁰AT1和ACE2，二者可以形成稳定的复合物。在此基础上，作者们成功解析了新冠病毒奥密克戎BA.2和BA.5突变株的RBD与ACE2-SIT1复合物的高分辨率结构（BA.2 RBD-SIT1-ACE2的分辨率为3.1埃，BA.5 RBD-SIT1-ACE2的分辨率为3.2埃），结构比对细节分析表明奥密克戎突变株能够极大程度地重塑RBD与ACE2的相互作用网络，体外亲和力试验结果也支持了上述分析。这表明奥密克戎突变株中形成的极性相互作用和盐桥不但可以中和失去的相互作用，而且还提高了其结合亲和力。

图1 RBD-SIT1-ACE2复合物结构解析丨图源：鄢仁鸿 | 田瑞琳课题组

作者随之将ACE2-SIT1复合体与先前报道的ACE2-B⁰AT1复合体结构进行比较，发现SIT1、B⁰AT1与ACE2的结合模式非常相似。为了分析SIT1与ACE2相互作用对RBD结合的影响，作者通过流式细胞、免疫荧光共定位等试验，发现SIT1过表达会将ACE2-SIT1复合物从细胞膜迁移至细胞质中，从而减少了细胞表面ACE2蛋白的含量，因而减少了与奥密克戎RBD与ACE2的结合。这些结果揭示了一种新的可能用于对抗新冠病毒的策略，也为下一步更加深入揭示SIT1的调控机制提供了重要线索。

南方科技大学医学院鄢仁鸿助理教授和田瑞琳助理教授为论文共同通讯作者，博士生申雅萍、王建慧、李雅宁和张媛媛为本文的共同第一作者。该项目的冷冻电镜数据在西湖大学冷冻电镜平台收集，西湖大学超算中心分别为本研究提供了重要的计算支持。

图2 SIT1调控ACE2的细胞定位（图源：鄢仁鸿 | 田瑞琳课题组）

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41421-022-00488-x