冠状病毒的分子生物学特性
臧德月 吉林大学
1 冠状病毒的基因组
冠状病毒的基因组是RNA病毒中最大的基因组，为一条不分节段的单链正义RNA(+ssRNA)，病毒核酸具有感染性。基因组5’端有一甲基化帽子结构 (methylatedeaP)，3’端有poly(A)尾，mRNA与该结构非常相似，该重要的结构可自身发挥翻译模板的作用。病毒基因组包含有9一14个开放阅读框，在它们之间有基因重叠区或者基因间隔区，在基因组RNAS’端存在有lao舒和 lbORF两个相互重叠的O舒，长度约为ZOKb，占整个基因组的60%左右，其功能是编码、蛋白酶、病毒RNA依赖性RNA聚合酶的作用和一些未知的蛋白。在la0即和 lboRF之间存有基因重叠区，是由1个假结和1一7个碱基的滑动序列组成，是翻译的时候移码阅读RNA所必需的，大小为43一76个碱基。在所有的冠状病毒基因组中，结构蛋白基因和聚合酶基因(poll)的排列次序是相同的，即5几pol一(HE)一S一E一M一N一3’，但是非结构蛋白和HE基因在不同的冠状病毒中而有一定的差异性。
HCOV-229E基因组RNA长度为27277nt，3’端有大于50个残基的聚腺营尾，5’端有帽状结构，HCoV-229E基因组RNA有8个必需ORF，3’和5’端还具有较小的OR下S和非必需ORF，但非必需O盯并不表达;在5’端存在有taORF和lbo盯，具有4086个密码子，基因编码产物涉及到自家蛋白溶解和核糖体框架移位等机制，表面糖蛋白基因(s)编码的由1173个氨基酸组成的多肚，该肤具有C末端半肤氨酸束、C末端膜粘附物、N末端半眺氨酸束等结构特征，但是不含有蛋白裂解性切割部位，因此S蛋白不会出现转译后切割。除了半肮氨酸束以外，在S蛋白基因的3’端有2个ORF4a和O盯4b，其功能是编码未知功能的非结构蛋白。O好5的基因产物很可能是病毒的一种结构蛋白，最近的研究发现该种蛋白与粒子通道的活性有关。M基因编码的多肤由225个氨基酸组成，C末端为亲水区，N末端为疏水区。核壳体蛋白基因(N)编码的Mr是4.35xl护多肤，为碱性蛋白，有可能为磷酸化蛋白，富含丝氨酸。
2 冠状病毒的复制与转录
冠状病毒感染宿主细胞的方式主要有两种，一是细胞对病毒的吞饮;二是细胞膜与病毒囊膜相互融合。但不同的冠状病毒入侵细胞的方式是由差异的，如新生犊牛腹泻冠状病毒通过细胞膜与病毒囊膜融合方式侵入宿主细胞，鸡传染性支气管炎病毒是以细胞对病毒的吞饮方式侵入宿主细胞，无论通过哪种方式侵入细胞，都需要冠状病毒颗粒外膜S或者HE糖蛋白与宿主敏感细胞的受体相结合，病毒的复制是在细胞质中进行的。
病毒RNA侵入宿主细胞后，其基因组复制及蛋白编码表达是通过复制系统来完成的;病毒侵入宿主细胞后，首先是以位于病毒基因组RNAS’端的一段的序列为模板翻译出病毒RNA多聚酶，然后再利用该酶来完成负链亚基因组RNA的转录、结构蛋白mRNA的合成以及病毒。病毒RNA进入细胞质后，以自身基因组RNA为mRNA，通过核糖体在 faORF和lbo盯上移码阅读，编码表达出多聚蛋白，大小为700一SOOkDa，该蛋白在翻译过程中或者翻译后被病毒或细胞的蛋白酶所切割，就会产生一系列不同的蛋白，其中就有病毒RNA多聚酶，该酶合成以后，利用此酶转录合成负链RNA，再利用负链RNA为模板转录合成病毒mRNA和基因组RNAI，在宿主细胞中除了基因组负链RNA以外，还发现了亚基因组负链RNA，负链RNA、正链RNA互相结合成双链RNA，一般是不会发现游离的负链RNA。
在冠状病毒基因组的3’和5’端含有非翻译区，有6一12个ORF。在基因组5’端2/3一3/4的两个O盯编码RNA聚合酶以及解旋酶等，分别翻译成两个多肤前体(pPla和pplb)，ppfa是由主要蛋白.酶、辅助蛋白酶以及疏水区等组成的，主要蛋白酶是冠状病毒主要蛋白质的加工酶，主要负责加工RNA聚合酶和解旋酶等，在病毒的复制增值过程中具有重要作用。
3 冠状病毒的装配与释放
冠状病毒的成熟颗粒装配是在内质网和高尔基体中进行的，装配过程需要结构蛋白、脂质以及病毒内部组分相互作用。M、S蛋白是冠状病毒的主要结构蛋白，少量的小分子E膜蛋白分布在病毒囊膜上，几种蛋白之间的相互作用完成装配病毒粒子。
亚基因组mRNA翻译出M、S和N等结构蛋白，M蛋白和S蛋白均为糖蛋白，N蛋白与病毒基因组RNA结合形成螺旋形的核衣壳，然后与M，S，E蛋白的相互作用组装成病毒颗粒，但这种病毒样颗粒衣壳集不依赖，甚至简单的M蛋白和E蛋白就足以形成病毒样颗粒，并在装配过程的病毒样颗粒的S蛋白是可选的，此过程中有少量E蛋白的表达，该蛋白对病毒的复制是必不可少的，如果缺乏蛋白质的E的话，病毒的组装是将受到影响的。M蛋白在病毒样颗粒的装配过程中很重要，病毒外壳装配的动力就是来源于M蛋白穿膜去的侧向相互作用。冠状病毒的结构蛋白成熟的mRNA的合成是在在最初的转录和RNA聚合酶转录因子“不连续转录“的机制，确定具体的转录 (transeription:egulatingsequenees，TsR)的调控序列，有选择性的意识，从消极的一次性转录的RNA链上的一个组成完整成熟的mRNA，并不存在转录后修饰剪切的过程。病毒基因组RNA和结构蛋白复制完成以后，在内质网中组装成病毒颗粒，病毒颗粒在粗面内质网中进行包装后形成囊泡，囊泡再进入高尔基体内，囊泡与细胞膜进行融合后以胞吐的方式被分泌到细胞外并感染新的宿主细胞，冠状病毒的复制一般需要24h。
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