原发性纤毛和TULP3依赖的ACE2纤毛靶向在SARS-CoV-2嗜性中的作用

背景：病毒通过结合宿主细胞表面的特定受体启动感染。虽然表面受体ACE2介导SARS-CoV-2的进入，但亚细胞运输的精确作用，特别是初级纤毛运输在病毒进入中的确切参与，在很大程度上仍未解决。方法：我们使用体外人类细胞模型和SARS-CoV-2假病毒来阐明病毒附着和宿主细胞进入机制。机制研究采用多维方法，结合流式细胞术分析、共免疫荧光和共聚焦显微镜、共免疫沉淀、遗传操作和纤毛扰动以及结构预测。结果：本研究揭示了Tubby样蛋白3（TULP3）作为一个关键的纤毛运输适配器，促进ACE2定位到初级纤毛。我们显示ACE2和TULP3物理关联，TULP3耗竭不仅将ACE2从纤毛轴丝移除，还损害SARS-CoV-2假病毒进入。这种ACE2定位部分依赖于TULP3与IFT-A复合物的相互作用，因为缺乏IFT-A结合的TULP3突变体仍能部分恢复纤毛ACE2水平。此外，在人类肺细胞和视网膜色素上皮细胞中，ACE2富集的初级纤毛的遗传破坏显著降低了SARS-CoV-2假病毒的感染性，包括祖先型、Delta和Omicron BA.5变体。病毒刺突蛋白附着实验显示SARS-CoV-2刺突优先结合并在ACE2丰富的纤毛轴丝上积累。此外，我们证明了在不同的SARS-CoV-2易感人类细胞类型中，包括肺上皮细胞、视网膜色素上皮细胞、神经母细胞瘤细胞和人类iPSC来源的神经祖细胞，ACE2在初级纤毛轴丝中的内源性富集程度不同，这为组织特异性易感性和COVID-19的异质性临床表现提供了潜在的机制框架。结论：我们的发现首次证明了ACE2存在专门的纤毛运输机制。我们提供了令人信服的证据表明SARS-CoV-2劫持了进化上保守的纤毛运输途径，其中TULP3依赖的ACE2靶向初级纤毛作为病毒宿主细胞嗜性和入侵的决定因素。这项工作揭示了SARS-CoV-2感染的新型分子机制，并强调了初级纤毛作为病毒进入的关键节点。