コロナウイルス複製オルガネラの構造と機能の統一モデル：RNA合成を追跡する

A unifying structural and functional model of the coronavirus replication organelle: Tracking down RNA synthesis.

• Eric J Snijder
• Ronald W A L Limpens
• Adriaan H de Wilde
• Anja W M de Jong
• Jessika C Zevenhoven-Dobbe
• Helena J Maier
• Frank F G A Faas
• Abraham J Koster
• Montserrat Bárcena

抄録

人獣共通感染症コロナウイルス（CoV）は、現在の重症急性呼吸器症候群-CoV 2（SARS-CoV-2）の流行の原因となっているように、国際的な公衆衛生上の重大な懸念を引き起こしている。感染した細胞では、CoV RNA合成機構が改変された小胞体膜と結合し、ウイルス複製オルガネラ（RO）に変換される。二重膜小胞（DMV）は汎CoV型ROの一つであると考えられているが、これまでの研究では、CoVによって誘発された様々な膜構造が記述されている。多くの憶測にもかかわらず、どのRO要素がウイルスRNA合成に対応しているかは不明なままである。ここでは、CoV ROの詳細な2Dおよび3D解析を行い、以前はガンマおよびデルタCoV感染に限定されていると考えられ、複製部位として提案されていた小さな開放型二重膜スフェルール（DMS）を含む、様々なCoVが本質的に同じ膜修飾を引き起こすことを示す。新たに合成されたウイルスRNAの代謝標識と定量的電子顕微鏡（EM）オートラジオグラフィーにより、β-CoVの中東呼吸器症候群CoV（MERS-CoV）やSARS-CoV、ガンマ-CoVの感染性気管支炎ウイルスに感染した細胞では、DMVと関連したウイルスRNAが豊富に合成されていることが明らかになった。RNA合成は、DMSsや他の細胞やウイルスに誘導された構造とは関連していなかった。我々の結果は、CoVのROの統一的なモデルを提供し、DMVがウイルスRNA合成の中心的なハブであり、CoV感染症の薬物標的となる可能性があることを明確に示した。

Zoonotic coronavirus (CoV) infections, such as those responsible for the current severe acute respiratory syndrome-CoV 2 (SARS-CoV-2) pandemic, cause grave international public health concern. In infected cells, the CoV RNA-synthesizing machinery associates with modified endoplasmic reticulum membranes that are transformed into the viral replication organelle (RO). Although double-membrane vesicles (DMVs) appear to be a pan-CoV RO element, studies to date describe an assortment of additional CoV-induced membrane structures. Despite much speculation, it remains unclear which RO element(s) accommodate viral RNA synthesis. Here we provide detailed 2D and 3D analyses of CoV ROs and show that diverse CoVs essentially induce the same membrane modifications, including the small open double-membrane spherules (DMSs) previously thought to be restricted to gamma- and delta-CoV infections and proposed as sites of replication. Metabolic labeling of newly synthesized viral RNA followed by quantitative electron microscopy (EM) autoradiography revealed abundant viral RNA synthesis associated with DMVs in cells infected with the beta-CoVs Middle East respiratory syndrome-CoV (MERS-CoV) and SARS-CoV and the gamma-CoV infectious bronchitis virus. RNA synthesis could not be linked to DMSs or any other cellular or virus-induced structure. Our results provide a unifying model of the CoV RO and clearly establish DMVs as the central hub for viral RNA synthesis and a potential drug target in CoV infection.