基础医学研究所石磊团队通过活细胞超分辨成像揭示黄病毒重塑宿主细胞内质网的动态机制

2023年10月27日，中国医学科学院基础医学研究所石磊团队在Advanced Science《先进科学》期刊上在线发表了题为“Flavivirus Concentrates Host ER in Main Replication Compartments to Facilitate Replication”（黄病毒将宿主细胞内质网聚集于主要复制区室促进病毒复制）的研究论文，利用活细胞超分辨荧光成像技术阐明了寨卡病毒重塑内质网的动态过程。

寨卡病毒属于黄病毒（Flavivirus），黄病毒是一类具有囊膜的单股正链RNA病毒，主要通过虫媒传播，其家族成员包括寨卡病毒，登革病毒，黄热病毒，西尼罗病毒，日本脑炎病毒等。黄病毒的复制发生在宿主细胞内质网，黄病毒感染细胞后诱导内质网重塑，产生膜包裹的病毒复制区室,其典型结构为卷曲膜和内陷小泡。黄病毒复制复合物在病毒复制区室内组装并完成病毒复制。因此，黄病毒复制区室是病毒复制的结构基础。尽管黄病毒复制区室的超微结构已经通过透射电镜得到解析，但黄病毒重塑宿主细胞内质网并建立病毒复制区室的动态过程仍不明确。

本研究发现寨卡病毒感染宿主细胞后，内质网结构出现了显著改变，原本连续而密集的内质网网络变得稀疏，并且内质网出现簇样聚集（ER clusters），这些ER clusters较多富集在核周。这些ER簇样结构即为寨卡病毒复制区室。随着病毒复制的进行，核周会形成一个较大的ER聚集簇，本团队将其命名为寨卡病毒主要复制区室（Main Replication Compartments, MRCs）。通过超分辨活细胞成像发现这些ER clusters是高度动态的，它们会随时间不断长大并且会相互融合形成更大的ER clusters。随着时间推移，这些ER clusters向着胞核运动，最终汇聚到核周并融合形成病毒的MRCs。病毒的NS蛋白是驱动ER形成clusters并向核周聚集融合的关键因子。并且ER clusters的运动不依赖于微管和微丝。研究还发现硼替佐米以及脂肪酸合酶（FASN）抑制剂TVB-2640处理寨卡病毒感染细胞后，MRCs形成受到显著影响，导致病毒复制效率降低。

综上，本研究利用活细胞超分辨成像技术对黄病毒重塑宿主细胞内质网建立核周MRCs的动态过程进行了观察，揭示了MRCs的形成机制，提出了黄病毒采用集中复制实现高效复制的模式，进一步拓展和加深了对黄病毒在内质网复制机制的认识。

本研究工作得到中国医学科学院医学与健康科技创新工程（2022-I2M-1-011）、国家自然科学基金（82272328, 32200551）和国家重点研发计划（2020YFA0707602）的资助。基础医学研究所石磊课题组助理研究员慈雅丽博士、博士生韩凯为该论文的共同第一作者，慈雅丽博士和石磊教授为该论文共同通讯作者。该工作还得到军事科学院军事医学研究院秦成峰研究员的大力帮助和支持。