Virus corona liên quan đến SARS tuân theo nguyên tắc nhân lên thường gặp ở tất cả các virus corona khác.[21][36][37][38][39]

Hấp phụ và xâm nhập

Chu trình nhân lên của virus corona

Quá trình hấp phụ của SARSr-CoV với tế bào chủ được thực hiện thông qua protein gai và thụ thể.[40] Vùng liên kết thụ thể của protein gai (RBD) nhận dạng và gắn với thụ thể enzyme chuyển hóa angiotensin 2 (ACE2).[4] Sau khi hấp phụ, virus có thể xâm nhập vào tế bào chủ bằng hai con đường khác nhau. Đường virus chọn còn tùy thuộc vào protease của vật chủ có sẵn để tách và kích hoạt protein gai đã gắn vào thụ thể.[41]

Con đường đầu tiên mà virus có thể chọn là xâm nhập tế bào chủ qua nhập bào và hấp thụ virus trong một endosome. Protein gai gắn với thụ thể khi đó được kích hoạt bởi cysteine protease cathepsin L. Sự kích hoạt protein gai gây ra sự thay đổi cấu trúc, và sau đó là sự kết hợp giữa mảng bọc virus và thành endosome.[41]

Virus còn có thể xâm nhập tế bào chủ trực tiếp qua rãnh phân giải protein của protein gai gắn với thụ thể bởi serine protease TMPRSS2 hoặc TMPRSS11D của vật chủ tại bề mặt tế bào.[42][43] Ở virus corona SARS, sự kích hoạt phần đầu C của protein gai gây nên sự hợp nhất của màng bọc virus với màng tế bào chủ bằng cách thúc đẩy sự thay đổi cấu trúc; quá trình này hiện vẫn chưa giải thích được đầy đủ.[44]

Dịch bộ gen

Chức năng các protein phi cấu trúc của virus corona (nsps)[45]
Protein	Chức năng
nsp1	Thúc đẩy sự suy giảm mRNA ở tế bào chủ, ngăn không cho tế bào chủ thực hiện dịch mã; ngăn chặn phản ứng miễn dịch tự nhiên
nsp2	Liên kết với protein prohibitin; chức năng chưa biết
nsp3	Protein liên màng đa miền; tương tác với protein N; thúc đẩy biểu hiện cytokine; miền PLPro phân tách polyprotein pp1ab và ngăn chặn phản ứng miễn dịch tự nhiên của vật chủ; chức năng của các miền khác chưa biết
nsp4	Protein cấu trúc tạm thời (scaffold protein) liên màng; giúp các túi màng kép (double membrane vesicles - DMV) được tổ chức chính xác
nsp5	3CLPro phân tách polyprotein pp1ab
nsp6	Protein cấu trúc tạm thời liên màng; chức năng chưa biết
nsp7	Tạo thành phức hợp oligomer 16 mắt xích với nsp8; kẹp processivity cho RdRp (nsp12)
nsp8	Tạo thành phức hợp oligomer 16 mắt xích với nsp7; kẹp processivity cho RdRp (nsp12); đóng vai trò như một primase
nsp9	Protein liên kết ARN (RNA-binding protein - RBP)
nsp10	Cofactor của nsp16 và nsp14; tạo thành heterodimer với cả hai protein; thúc đẩy hoạt động 2-O-MT (nsp16) và ExoN (nsp14)
nsp11	Chức năng chưa biết
nsp12	ARN polymerase phụ thuộc ARN (RNA-dependent RNA polymerase - RdRp)
nsp13	Helicase ARN, triphosphatase 5′
nsp14	Mehtyltransferase N7, exoribonuclease 3′-5′ (ExoN); N7 MTase bổ sung đầu 5′, ExoN đọc sửa bộ gen
nsp15	Endoribonuclease (NendoU)
nsp16	2′-O-Methyltransferase (2-O-MT); bảo vệ ARN virus khỏi MDA5

Sau quá trình hợp nhất, vỏ bọc nhân đi vào trong tế bào chất, nơi bộ gen của virus được giải phóng.[40] Bộ gen đóng vai trò như một ARN thông tin, và ribosome của tế bào dịch mã hai phần ba bộ gen, tương đương với khung đọc mở ORF1a và ORF1b, thành hai polyprotein lớn chồng gối nhau, pp1a và pp1ab.

Polyprotein lớn hơn pp1ab là kết quả của sự dịch khung ribosome -1 gây ra bởi một chuỗi trơn (UUUAAAC) và một giả nút ARN (RNA pseudoknot) ở cuối khung đọc mở ORF1a.[46] Việc dịch khung ribosome giúp quá trình dịch mã của ORF1a diễn ra liên tục ngay sau ORF1b.[47]

Các polyprotein có chứa các protease, PLpro và 3CLpro riêng, giúp phân tách các polyprotein tại các vùng khác nhau. Phần rãnh của polyprotein pp1ab có chứa 16 loại protein phi cấu trúc (nsp1 tới nsp16). Các loại protein được sản sinh ra gồm nhiều loại protein sao chép như ARN polymerase phụ thuộc ARN (RdRp), helicase ARN, và exoribonuclease (ExoN).[38][47]

Nhân lên và phiên mã

Mô hình phức hợp sao chép-phiên mã của một virus corona. RdRp thực hiện quá trình nhân đôi (đỏ), ExoN thực hiện chức năng đọc sửa (lam đậm), cofactor ExoN (vàng), các RBP nhằm tránh cấu trúc phụ (lam nhạt), kẹp trượt ARN (RNA sliding clamp) nhằm tăng khả năng processivity và miền primase có chức năng mồi (lục/cam), cùng với một helicase giúp tháo xoắn ARN.

Một số protein sao chép phi cấu trúc hợp nhấp thành một phức hợp sao chép-phiên mã (replicase-transcriptase complex - RTCA) đa protein.[47] Protein sao chép-phiên mã chính là ARN polymerase phụ thuộc ARN (RdRp). Nó liên quan trực tiếp trong quá trình nhân đôi và phiên mã ARN từ mạch ARN. Các protein phi cấu trúc khác trong phức hợp hỗ trợ cho quá trình nhân đôi và phiên mã.[45]

Protein nsp15 là một exoribonuclease 3'-5' nhằm tăng tính chính xác cho quá trình nhân đôi. Exoribonuclease này đem lại cho phức hợp chức năng đọc sửa mà ARN polymerase phụ thuộc ARN thiếu. Tương tự, các protein nsp7 và nsp8 tạo thành kẹp trượt dạng oligomer 16 mắt xích nhằm tăng khả năng en:processivity của ARN polymerase phụ thuộc ARN.[45] Virus corona yêu cấu phải có sự chính xác và khả năng processivity cao trong quá trình tổng hợp ARN do kích thước bộ gen khá lớn so với các virus ARN khác.[48]

Một trong những chức năng chính của phức hợp sao chép-phiên mã là phiên mã bộ gen virus. RdRp trực tiếp gây nên quá trình tổng hợp của các phân tử ARN hạ gen âm từ ARN bộ gen dương. Tiếp sau đó là quá trình phiên mã các phân tử ARN hạ gen âm này thành các mARN dương tương ứng.[49]

Chức năng quan trọng khác của phức hợp sao chép-phiên mã là nhân đôi bộ gen virus. RdRp trực tiếp gây nên quá trình tổng hợp ARN bộ gen âm từ ARN bộ gen dương. Theo sau đó là quá trình nhân đôi ARN bộ gen dương từ ARN bộ gen âm.[49]

ARN bộ gen dương sau nhân đôi trở thành bộ gen của các virus con. Các mARN nhỏ hơn được phiên mã từ một phần ba cuối cùng của bộ gen virus sau các khung đọc mở ORF1a và ORF1b. Các mARN được dịch mã thành bốn loại protein cấu trúc (S, E, M và N) sẽ trở thành bộ phận của các hạt virus con và tám loại protein phụ khác (orf3 tới orf9b) hỗ trợ cho virus.[50]

Lắp ráp và giải phóng

Quá trình dịch mã ARN diễn ra bên trong mạng lưới nội chất. Các protein cấu trúc S, E và M của virus đi dọc theo đường bài tiết tới ngăn trung gian Golgi (Golgi intermediate compartment). Tại đó, các protein M chỉ dẫn hầu hết các tương tác protein-protein cần thiết cho việc lắp ráp virus sau khi liên kết với vỏ bọc nhân.[51]

Các virus mới được giải phóng khỏi tế bào chủ qua xuất bào bằng các túi bài tiết (secretory vesicle).[51]