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严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)复制细胞器中病毒RNA和蛋白质的纳米级细胞组织

Nanoscale cellular organization of viral RNA and proteins in SARS-CoV-2 replication organelles.

作者信息

Andronov Leonid, Han Mengting, Zhu Yanyu, Balaji Ashwin, Roy Anish R, Barentine Andrew E S, Patel Puja, Garhyan Jaishree, Qi Lei S, Moerner W E

机构信息

Department of Chemistry; Stanford University, Stanford, CA 94305 U.S.A.

Department of Bioengineering; Stanford University, Stanford, CA 94305 U.S.A.

出版信息

bioRxiv. 2024 Apr 1:2023.11.07.566110. doi: 10.1101/2023.11.07.566110.

DOI:10.1101/2023.11.07.566110
PMID:37986994
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10659379/
Abstract

The SARS-CoV-2 viral infection transforms host cells and produces special organelles in many ways, and we focus on the replication organelle where the replication of viral genomic RNA (vgRNA) occurs. To date, the precise cellular localization of key RNA molecules and replication intermediates has been elusive in electron microscopy studies. We use super-resolution fluorescence microscopy and specific labeling to reveal the nanoscopic organization of replication organelles that contain vgRNA clusters along with viral double-stranded RNA (dsRNA) clusters and the replication enzyme, encapsulated by membranes derived from the host endoplasmic reticulum (ER). We show that the replication organelles are organized differently at early and late stages of infection. Surprisingly, vgRNA accumulates into distinct globular clusters in the cytoplasmic perinuclear region, which grow and accommodate more vgRNA molecules as infection time increases. The localization of ER labels and nsp3 (a component of the double-membrane vesicle, DMV) at the periphery of the vgRNA clusters suggests that replication organelles are enclosed by DMVs at early infection stages which then merge into vesicle packets as infection progresses. Precise co-imaging of the nanoscale cellular organization of vgRNA, dsRNA, and viral proteins in replication organelles of SARS-CoV-2 may inform therapeutic approaches that target viral replication and associated processes.

摘要

严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)病毒感染会以多种方式转化宿主细胞并产生特殊细胞器,我们关注的是病毒基因组RNA(vgRNA)进行复制的复制细胞器。迄今为止,在电子显微镜研究中,关键RNA分子和复制中间体的确切细胞定位一直难以确定。我们使用超分辨率荧光显微镜和特异性标记来揭示复制细胞器的纳米级组织,这些细胞器包含vgRNA簇以及病毒双链RNA(dsRNA)簇和复制酶,被源自宿主内质网(ER)的膜包裹。我们发现,复制细胞器在感染的早期和晚期组织方式不同。令人惊讶的是,vgRNA在细胞质核周区域聚集成不同的球状簇,随着感染时间的增加,这些簇会生长并容纳更多的vgRNA分子。ER标记和nsp3(双膜囊泡,DMV的一个组成部分)在vgRNA簇周边的定位表明,复制细胞器在感染早期被DMV包围,然后随着感染的进展合并成囊泡包。对SARS-CoV-2复制细胞器中vgRNA、dsRNA和病毒蛋白的纳米级细胞组织进行精确的共成像,可能会为针对病毒复制及相关过程的治疗方法提供信息。

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