多模态SARS-CoV-2互作组绘制病毒-宿主空间组织图谱

《Communications Biology》：Multimodal SARS-CoV-2 interactome sketches the virus-host spatial organization

　　

新型冠状病毒SARS-CoV-2引发的COVID-19疫情暴露出人类对病毒侵染机制认知的不足。传统蛋白质相互作用(PPI)研究多局限于二维网络，无法反映真实的细胞空间组织。尤其病毒蛋白如何劫持宿主细胞的三维空间资源，仍是未解之谜。法国巴斯德研究所联合多国团队在《Communications Biology》发表突破性研究，通过多模态技术首次绘制了SARS-CoV-2与人类蛋白质组的空间互作图谱。

研究团队采用邻近依赖生物素标记技术(BioID)获取27个病毒蛋白的邻近互作组，结合已有宿主互作数据，运用力导向算法构建三维空间模型。关键技术包括：(1)HEK293细胞中表达BirA*标记的病毒蛋白进行BioID实验；(2)质谱检测生物素化蛋白；(3)分裂纳米荧光素酶(mN2H)验证直接相互作用；(4)AlphaFold-Multimer预测复合物结构；(5)建立Nano-Fuse病毒感染检测系统验证靶点。

建模SARS-CoV-2-宿主蛋白质组的空间组织
通过分析>5000个邻近相互作用(PxIs)，发现13个病毒蛋白(ORF3a/M/S等)形成膜相关功能簇，周围环绕790个宿主因子。过滤高连接度(≥8)宿主蛋白后，核心簇结构依然稳定，提示这些蛋白可能参与膜相关功能。CRISPR筛选数据整合显示，187个宿主关键因子与病毒蛋白存在694个邻近相互作用。

探索邻近互作组中的物理接触
mN2H检测6370对病毒-宿主组合，发现414对直接相互作用。BioID检测的邻近蛋白中有21%被mN2H验证，较随机组合高3.5倍。特别值得注意的是，线粒体蛋白特异性结合ORF9b，而翻译起始因子(EIF家族)与NSP1存在独特互作。

病毒内互作验证空间定位
mN2H揭示NSP10-NSP16等已知二聚体，同时发现膜蛋白(NSP4/NSP6/E/ORF7a-b)形成互作枢纽，与三维模型中的空间共定位高度一致。

三维互作图的预测价值
分析显示：距离<0.2(标准化单位)的蛋白对中，90%存在直接相互作用；距离0.3-0.5的未报道组合有2倍富集可能。这种距离-互作相关性证明模型具有预测新互作的能力。

病毒-宿主复合物结构建模
对70个mN2H验证互作进行结构预测，获得10个可靠模型(pDockQ>0.23)。其中NSP13-USP13复合物(pDockQ=0.433)通过同源建模验证，其抑制剂Spautin-1在Nano-Fuse系统中显示80%感染抑制率，IC₅₀优于蛋白酶抑制剂GC376。

这项研究建立了首个病毒-宿主空间互作建模流程，突破传统PPI网络的二维局限。通过整合BioID邻近标记、mN2H互作验证和CRISPR功能数据，揭示SARS-CoV-2通过膜相关蛋白簇系统劫持宿主细胞器。特别重要的是，三维距离与互作概率的量化关系为未知互作预测提供新范式。所预测的NSP13-USP13等复合物结构，以及建立的Nano-Fuse快速检测平台，为应对未来新发传染病提供了从基础研究到药物开发的完整技术链条。该研究方法可推广至其他病原体研究，为理解感染机制和开发抗病毒策略开辟新途径。