新冠病毒(SARS-CoV-2)是一种RNA病毒,是COVID-19大流行的罪魁祸首。其30 kb的基因组编码26个多肽/蛋白,包括16个非结构蛋白, 4个结构蛋白(例如核衣壳蛋白)和6个附属蛋白。
病毒感染会影响多个细胞通路,包括细胞自噬、泛素-蛋白酶体系统(UPS),以及DNA损伤反应(DDR)。虽然有不少关于DNA病毒与DDR之间相互作用的研究,但还缺乏RNA病毒对宿主基因组完整性和DDR影响的具体描述和机制探索。
COVID-19大流行以来的许多研究显示,新冠病毒对人类健康的影响比其他呼吸道病毒更大,其感染还会导致长期新冠(Long COVID),似乎还会导致感染者加速衰老。
细胞核DNA是唯一不可替代的细胞成分,新冠病毒感染所造成的这些严重健康后果,是否是其对细胞核DNA产生了损伤所导致的呢?
2023年3月9日,意大利AIRC分子肿瘤研究所的研究人员在Nature子刊Nature Cell Biology上发表了题为:SARS-CoV-2 infection induces DNA damage, through CHK1 degradation and impaired 53BP1 recruitment, and cellular senescence 的研究论文。
该研究发现,新冠病毒(SARS-CoV-2)感染会在体外培养细胞中和体内都引起DNA损伤。在机制上,新冠病毒表达的蛋白ORF6和NSP13分别通过蛋白酶体和自噬引起DNA损伤反应激酶CHK1的降解。CHK1缺失导致合成DNA的脱氧核糖核苷三磷酸(dNTP)减少,从而导致DNA复制受损。此外,新冠病毒核衣壳蛋白(N蛋白)通过与损伤诱导的长非编码RNA(dilncRNA)结合抑制53BP1蛋白招募,从而减少DNA损伤修复。DNA损伤的出现和修复受损的积累,导致了细胞衰老和炎症发生。
也就是说,作为RNA病毒的新冠病毒在感染细胞后,自身RNA复制消耗了大量核糖核苷三磷酸(rNTP),而这是以牺牲细胞自身DNA复制所需的脱氧核糖核苷三磷酸(dNTP)为代价,此外,新冠病毒还劫持了损伤诱导的长非编码RNA(dilncRNA)威胁素质基因组完整性,激活DNA损伤反应、导致DNA损伤积累,诱导炎症和细胞衰老。
这些研究结果揭示了新冠病毒感染对细胞生物学的深远影响,它们威胁着最重要的细胞成分——细胞核DNA。众所周知,DNA损伤积累与癌症和衰老有关。