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SARS-CoV-2ヌクレオカプシド（N）タンパク質は、動的で乱れ、RNAと相分離している
The SARS-CoV-2 nucleocapsid protein is dynamic, disordered, and phase separates with RNA.
PMID: 32587966 PMCID: PMC7310622. DOI: 10.1101/2020.06.17.158121.
抄録
SARS-CoV-2ヌクレオカプシド（N）タンパク質は、複製、転写、ゲノムパッケージングなど、ウイルスのライフサイクルにおいて様々な役割を果たす豊富なRNA結合タンパク質である。その重要かつ多機能な性質にもかかわらず、Nタンパク質がどのようにしてこれらの機能を媒介しているのか、その分子機構の詳細はあまり理解されていませんでした。ここでは、単一分子分光法と全原子シミュレーションを組み合わせて、SARS-CoV-2 Nタンパク質の機能に寄与する分子の詳細を明らかにする。Nタンパク質は、3つの無秩序領域と2つの折りたたまれたドメインを含んでいる。3つの無秩序領域はすべて非常に動的であり、タンパク質-タンパク質またはタンパク質-RNA相互作用の局所的な結合界面として機能しているように見える一過性のヘリシティの領域を含んでいる。つの折り畳まれたドメインは互いに有意に相互作用しないため、完全長Nタンパク質は柔軟で多価のRNA結合タンパク質であることがわかる。類似の分子特徴を持つ他のタンパク質で観察されるように、Nタンパク質はRNAと混合すると液-液相分離を起こすことがわかった。ポリマーモデルは、相分離を駆動するのと同じ多価の相互作用がRNAの圧縮を引き起こすことを予測している。我々は、特定の結合部位を介した対称性の破れが、大きな複数のRNAの相分離した液滴とは対照的に、準安定な単一のRNA凝縮物の形成を促進するという単純なモデルを提案している。このような動的な単一ゲノム凝縮体を形成するためのRNAの圧縮が、ゲノムパッケージングの初期段階の基盤となっているのではないかと推測している。このように、化合物がどのように相分離を調節するかを測定するアッセイは、ウイルスのパッケージングを混乱させる薬剤を同定するための便利なツールとなり得る。
The SARS-CoV-2 nucleocapsid (N) protein is an abundant RNA binding protein that plays a variety of roles in the viral life cycle including replication, transcription, and genome packaging. Despite its critical and multifunctional nature, the molecular details that underlie how N protein mediates these functions are poorly understood. Here we combine single-molecule spectroscopy with all-atom simulations to uncover the molecular details that contribute to the function of SARS-CoV-2 N protein. N protein contains three intrinsically disordered regions and two folded domains. All three disordered regions are highly dynamic and contain regions of transient helicity that appear to act as local binding interfaces for protein-protein or protein-RNA interactions. The two folded domains do not significantly interact with one another, such that full-length N protein is a flexible and multivalent RNA binding protein. As observed for other proteins with similar molecular features, we found that N protein undergoes liquid-liquid phase separation when mixed with RNA. Polymer models predict that the same multivalent interactions that drive phase separation also engender RNA compaction. We propose a simple model in which symmetry breaking through specific binding sites promotes the formation of metastable single-RNA condensate, as opposed to large multi-RNA phase separated droplets. We speculate that RNA compaction to form dynamic single-genome condensates may underlie the early stages of genome packaging. As such, assays that measure how compounds modulate phase separation could provide a convenient tool for identifying drugs that disrupt viral packaging.