2024年5月22日我所崔勝、高小攀研究團隊和天津醫(yī)科大學(xué)宓文義團隊在Acta Pharmaceutica Sinica B雜志在線發(fā)表了題為“SARS-CoV-2 ORF10 hijacking ubiquitination machinery reveals potential unique drug targeting sites”的論文。

病毒常常操縱泛素化途徑來促進其復(fù)制和致病性。由SARS-CoV-2感染引起的新冠肺炎癥狀包括咳嗽、發(fā)熱、肌肉疼痛、疲勞、味覺和嗅覺能力下降。先前的研究表明，SARS-CoV-2輔助蛋白ORF10通過與cullin-2(CUL2) RING E3連接酶底物受體CUL2ZYG11B相互作用，增加其E3連接酶活性，促進纖毛蛋白IFT46的降解，導(dǎo)致纖毛功能異常。然而，ORF10被CUL2ZYG11B識別的分子機制尚不清楚。

本研究首先通過X射線晶體衍射技術(shù)解析了CUL2ZYG11B與SARS-CoV-2 ORF10 N端延伸部分（NTE）的復(fù)合物結(jié)構(gòu)(2.9 Å)，結(jié)構(gòu)顯示ORF10 N端七肽（NTH）模擬Gly/N-降解子肽構(gòu)象，結(jié)合到CUL2ZYG11B?；诮Y(jié)構(gòu)的突變實驗驗證了ORF10的關(guān)鍵氨基酸殘基對其與CUL2ZYG11B在體外和細(xì)胞內(nèi)的相互作用至關(guān)重要。隨后，本研究證明了ORF10介導(dǎo)的增強CUL2ZYG11B對IFT46降解活性與ORF10-CUL2ZYG11B之間的結(jié)合親和力相關(guān)。此外，通過Global Protein Stability system（GPS），本研究證明了ORF10模擬Gly/N-降解子，與CUL2ZYG11B競爭性結(jié)合并抑制攜帶Gly/N-降解子的目標(biāo)底物的降解。

綜上所述，ORF10與CUL2ZYG11B之間的相互作用通過兩種不同的機制促進IFT46的降解并抑制攜帶Gly/N-降解子的CUL2ZYG11B靶標(biāo)底物的降解：（1）通過非經(jīng)典機制途徑，ORF10增加了CUL2ZYG11B活性，導(dǎo)致IFT46的降解；（2）通過經(jīng)典機制途徑，ORF10的N端延伸（NTE）作為Gly/N-降解子的模擬物與CUL2ZYG11B結(jié)合，并競爭性抑制CUL2ZYG11B與其攜帶Gly/N-降解子的目標(biāo)底物的結(jié)合。

這項研究揭示了SARS-CoV-2的ORF10如何利用泛素化機制進行蛋白酶體降解，并為基于ORF10 NTH肽與CUL2ZYG11B相互作用的PROTAC藥物設(shè)計優(yōu)化提供了寶貴見解，同時為COVID-19的藥物研發(fā)提供了潛在藥物靶標(biāo)。

圖.SARS-CoV-2 ORF10與CUL2^ZYG11B相互作用劫持泛素化的分子機制

本研究工作得到中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2022-I2M-1-021）、國家自然科學(xué)基金（82341095，82272308）等項目的資助。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所崔勝研究員，高小攀研究員和天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院宓文義教授為論文共同通訊作者。協(xié)和青年學(xué)者朱凱祥博士，天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士生宋麗麗，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所碩士生王臨岳，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所與延安大學(xué)聯(lián)培碩士生花蕾為論文共同第一作者。