SARS-CoV-2のNsp1タンパク質によるトランスレーショナルシャットダウンと免疫回避の構造的基盤

Structural basis for translational shutdown and immune evasion by the Nsp1 protein of SARS-CoV-2.

• Matthias Thoms
• Robert Buschauer
• Michael Ameismeier
• Lennart Koepke
• Timo Denk
• Maximilian Hirschenberger
• Hanna Kratzat
• Manuel Hayn
• Timur Mackens-Kiani
• Jingdong Cheng
• Jan H Straub
• Christina M Stürzel
• Thomas Fröhlich
• Otto Berninghausen
• Thomas Becker
• Frank Kirchhoff
• Konstantin M J Sparrer
• Roland Beckmann

抄録

SARS-CoV-2は、現在のCOVID-19パンデミックの原因菌である。SARS-CoVの主要な病原因子は非構造タンパク質1（Nsp1）であり、リボソームとの結合により宿主遺伝子の発現を抑制する。ここでは、SARS-CoV-2由来のNsp1が40Sリボソームサブユニットに結合し、in vitroおよび細胞内でmRNAの翻訳を阻害することを明らかにした。Nsp1-40Sをin vitroで再構成したNsp1-40SとネイティブNsp1-40Sおよび-80S複合体の低温電子顕微鏡（クライオ電子顕微鏡）による構造解析から、Nsp1のC末端がmRNAのエントリートンネルに結合し、そのトンネルを塞いでいることが明らかになりました。これにより、Nsp1は、そうでなければ感染症のクリアランスを促進するであろうRIG-I依存性の自然免疫応答を効果的にブロックする。このように、Nsp1の阻害機構を構造的に明らかにすることは、SARS-CoV-2に対する構造に基づいた薬剤設計に役立つ可能性がある。

SARS-CoV-2 is the causative agent of the current COVID-19 pandemic. A major virulence factor of SARS-CoVs is the nonstructural protein 1 (Nsp1) which suppresses host gene expression by ribosome association. Here, we show that Nsp1 from SARS-CoV-2 binds to the 40S ribosomal subunit, resulting in shutdown of mRNA translation both in vitro and in cells. Structural analysis by cryo-electron microscopy (cryo-EM) of in vitro reconstituted Nsp1-40S and various native Nsp1-40S and -80S complexes revealed that the Nsp1 C terminus binds to and obstructs the mRNA entry tunnel. Thereby, Nsp1 effectively blocks RIG-I-dependent innate immune responses that would otherwise facilitate clearance of the infection. Thus, the structural characterization of the inhibitory mechanism of Nsp1 may aid structure-based drug design against SARS-CoV-2.

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