コロナウイルスのヌクレオカプシドタンパク質

ヌクレオカプシドタンパク質
SARS-CoV-2ウイルス粒子の外部構造モデル。[1] Nタンパク質は完全にウイルス粒子内に含まれているため、見えません。 ●青：エンベロープ ●ターコイズ：スパイク糖タンパク質（S） ●赤：エンベロープタンパク質（E） ●緑：膜タンパク質（M） ●オレンジ：グリカン
識別子
シンボル	CoV_核キャップ
パム	PF00937
インタープロ	著作権
利用可能なタンパク質構造: パム   構造 / ECOD   電子データ RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBサム 構造の概要

ヌクレオカプシド（N）タンパク質は、コロナウイルスのプラス鎖RNAゲノムをパッケージングして、ウイルスカプシド内に囲まれたリボ核タンパク質構造を形成するタンパク質です。^{[2] [3]} Nタンパク質は、 4つの主要なコロナウイルス構造タンパク質の中で最も多く発現しています。^[2] RNAとの相互作用に加えて、Nはウイルスの組み立て過程でコロナウイルス膜タンパク質（M）とタンパク質間相互作用を形成します。 ^{[2] [3]} Nには、宿主細胞の細胞周期を操作するという追加の機能もあります。 ^{[3] [4]} Nタンパク質は免疫原性が高く、SARSやCOVID-19から回復した患者にNに対する抗体が見つかります。^[5]

COVID-19は2020年1月に初めて確認された。ワシントン州の患者が1月20日にコロナウイルス感染の診断を受けた。ジョージア州アトランタの疾病予防管理センターに拠点を置く科学者グループは、鼻咽頭および口腔咽頭のスワブからウイルスを分離し、スワブからゲノム配列、複製特性、細胞培養向性を特徴付けることができた。彼らはその後すぐに「2つのウイルス試薬保管庫に保管することで」ウイルスをより広い科学コミュニティに提供した。^[6]

Nタンパク質は、リンカー領域として知られる本質的に無秩序な領域（IDR）によって接続された2つの主要なタンパク質ドメインで構成され、各末端に追加の無秩序なセグメントがあります。 ^{[2] [3]} C末端テールの3番目の小さなドメインは、整然としたアルファヘリックス二次構造を持っているようで、高次オリゴマーアセンブリの形成に関与している可能性があります。^[7] SARSの原因物質であるSARS-CoVでは、Nタンパク質は422アミノ酸残基の長さであり^{[2] 、} COVID-19の原因物質であるSARS-CoV-2では419残基の長さです。^{[7] [8]}

N末端ドメインとC末端ドメインはどちらもRNAと結合できる。C末端ドメインは、本来の機能状態である可能性が高い二量体を形成する。 ^[2] IDRの一部、特にセリンとアルギニン残基に富む保存 配列モチーフ（SRリッチ領域）も二量体形成に関与している可能性があるが、これに関する報告はさまざまである。^{[2] [3]} C末端ドメインを介して形成される高次オリゴマーは結晶学的に観察されているが、これらの構造が生理学的役割を果たしているかどうかは不明である。^{[2] [9]}

C末端二量体は、いくつかのコロナウイルスのX線結晶構造解析によって構造的に特徴付けられており、高度に保存された構造を持っています。 ^[7] N末端ドメイン（タンパク質の他の部分もRNAと相互作用しますが、 RNA結合ドメインと呼ばれることもあります）も結晶化されており、 RNA存在下での核磁気共鳴分光法によって研究されています。 ^[10]

Nタンパク質は、IDR、特にSRに富む領域に位置する部位でリン酸化によって翻訳後修飾される。 ^{[2] [11]} SARS-CoV-2ヌクレオカプシド（N）タンパク質は、タンパク質アルギニンメチルトランスフェラーゼ1（PRMT1）によって残基R95とR177でアルギニンメチル化されている。タイプI PRMT阻害剤（MS023）またはR95またはR177のリジンによる置換は、ウイルスのパッケージングに必要な特性であるNタンパク質とSARS-CoV-2ゲノムRNAの5'-UTRとの相互作用を阻害した | doi：10.1016/j.jbc.2021.100821 | PMID 34029587。いくつかのコロナウイルスでは、 Nタンパク質のADPリボシル化も報告されている。^{[12] [11]}機能的意義は不明であるが、SARS-CoVのNタンパク質はSUMO化されていることが観察されており、SARS-CoV-2を含むいくつかのコロナウイルスのNタンパク質はタンパク質分解的に切断されていることが観察されている。^{[11] [13] [14]}

Nタンパク質は、4つの主要な構造タンパク質の中で宿主細胞内で最も多く発現している。^[2]他の構造タンパク質と同様に、Nタンパク質をコードする遺伝子はゲノムの3'末端に位置している。^[3]

Nタンパク質は主に細胞質に局在している。^[3]多くのコロナウイルスでは、Nタンパク質の集団が核小体に局在しており、^{[3] [4] [15]}細胞周期への影響に関連していると考えられている。^[4]

Nタンパク質はRNAに結合してリボ核タンパク質（RNP）構造を形成し、ゲノムをウイルスカプシドにパッケージングします。^{[2] [3]}形成されたRNP粒子はほぼ球形で、ウイルス内で柔軟ならせん構造に編成されます。^{[2] [3]} RNPの形成には、RNAとタンパク質の複数のRNA結合領域との間のアロステリック相互作用が関与していると考えられています。 ^{[2] [9] Nの} 二量体化はRNPの組み立てに重要です。ゲノムのカプシド化は、NとMの相互作用によって起こります。^{[2] [3]} Nはウイルスの組み立てに不可欠です。 ^[3] Nは、ゲノムRNA内のRNA構造の形成のためのシャペロンタンパク質としても機能します。 ^{[3] [9]}

ゲノムRNAの合成にはNタンパク質が関与していると思われる。Nは複製サイクルの初期にウイルスRNA依存性RNAポリメラーゼと物理的に共存し、レプリカーゼ-転写酵素複合体の構成要素である非構造タンパク質3と相互作用する。^[3] NはゲノムRNAの効率的な複製を促進するように見えるが、すべてのコロナウイルスのRNA転写に必要というわけではない。^{[3] [17]}少なくとも1つのコロナウイルス、伝染性胃腸炎ウイルス（TGEV）では、NはサブゲノムmRNAの生成におけるテンプレートスイッチングに関与しており、これはニドウイルス目のウイルスの特徴的なプロセスである。^{[3] [17] [18]}

コロナウイルスは、さまざまなメカニズムを通じて宿主細胞の細胞周期を操作します。SARS -CoVを含むいくつかのコロナウイルスでは、Nタンパク質がサイクリン-CDKとの相互作用を通じてS期での細胞周期停止を引き起こすことが報告されています。^{[3] [4]} SARS-CoVでは、 Nタンパク質のサイクリンボックス結合領域がサイクリン-CDKリン酸化基質として機能する可能性があります。^{[3] Nの}核小体への輸送も細胞周期への影響に役割を果たしている可能性があります。^{[4]より広くは、Nは宿主細胞の}タンパク質翻訳活性の低下に関与している可能性があります。^[3]

Nタンパク質は、免疫系の構成要素に作用してウイルスの病原性に関与している。SARS -CoV、^{[3] [19] [20]} MERS-CoV、^[21]およびSARS-CoV-2、^{[22]では、Nが}インターフェロン応答を抑制することが報告されている。

異なるコロナウイルスのNタンパク質の配列と構造、特にC末端ドメインはよく保存されているようです。^{[2] [7] [23]コロナウイルスと}アルテリウイルスのNタンパク質の構造とトポロジーの類似性は、共通の進化的起源を示唆しており、これら2つのグループを共通のニドウイルス目に分類することを支持しています。^{[2] [3]}

COVID-19パンデミック中に収集されたSARS-CoV-2配列を調べたところ、ミスセンス変異はタンパク質の中央リンカー領域で最も多く見られ、この比較的構造化されていない領域は構造化されたドメインよりも変異に対して耐性が高いことが示唆されました。[ ^7] SARS-CoV-2配列の別の研究では、Nタンパク質の少なくとも1つの部位が正の選択を受けていることが確認されました。^[24]

Nタンパク質は、よく保存されており、頻繁に再結合しないようで、強力なT細胞反応を生み出すという特性から、コロナウイルスワクチンの潜在的な標的として研究されています。^{[25] [26] [23] [27]}ワクチン候補UB-612は、Nタンパク質を他のウイルスタンパク質とともに標的とし、幅広い免疫を誘導しようとする実験的なワクチンの1つです。^{[28] [29]}