新冠病毒“复制机器”核心部件的三维结构现身
时间: 作者: 黄辛 来源:中国科学报
新冠病毒RdRp-nsp7-nsp8聚合酶复合物电子显微结构
近日,“上海科技大学—清华大学抗新冠病毒联合攻关团队”率先在国际上成功解析新冠病毒“RdRp(RNA依赖的RNA聚合酶)-nsp7-nsp8复合物”近原子分辨率的三维空间结构,揭示了该病毒遗传物质转录复制机器核心“引擎”的结构特征,为开发新冠肺炎药物奠定了基础。近日,相关论文在线发表于预印本服务器BioRxiv(未经同行评议)。
新冠病毒在入侵细胞后,便开始大量复制;而病毒的RdRp在病毒的遗传物质RNA的合成过程中起着至关重要的作用。以RNA聚合酶为核心,病毒会巧妙地利用其他辅助因子(如nsp7/nsp8等)组装一台高效的RNA合成机器,进行自我复制。因此,RNA聚合酶作为这台复制机器的核心部件,是最重要的抗病毒药靶之一。
而瑞德西韦恰恰就是一个靶向RNA聚合酶的前药,但由于缺乏新冠病毒RNA聚合酶的三维结构信息,瑞德西韦如何精确靶向病毒RNA聚合酶的机制尚不明确,这是当前针对该靶点开展抗病毒药物开发的重要障碍之一。
之前,饶子和等人率先在国际上解析了首个新冠病毒蛋白(主蛋白酶)与抑制剂复合物的高分辨率三维晶体结构,并在临床试验药物中发现了可以有效抑制新冠病毒的抑制剂。在此基础上,由饶子和等组成的上述联合攻关团队,率先在国际上成功解析了新型冠状病毒“RdRp-nsp7-nsp8”复制机器的三维空间结构。分析显示,新冠病毒的RNA聚合酶具有其他病毒RNA聚合酶的保守特征,并含有套式病毒的NiRAN特征结构域;同时病毒RNA聚合酶与病毒的辅助非结构因子nsp7/nsp8组成了复制机器。
研究人员还首次在新冠病毒的RNA聚合酶的N端发现了一个独特的“β发卡”结构域,这一结构域的发现为阐明新冠病毒RNA聚合酶的生物学功能提供了新线索。深入分析发现新冠病毒RNA聚合酶行使功能的关键氨基酸残基后,研究人员比对了“丙型肝炎病毒聚合酶ns5b—索非布韦效应分子”复合物结构,提出了瑞德西韦的效应分子(即代谢后的最终产物)抑制新冠病毒RNA聚合酶的可能作用模式。
这项研究首次精细描绘出了新冠病毒复制机器的内部构造,并为瑞德西韦的效应分子如何精确靶向抑制病毒RNA聚合酶进而发挥药效活性提出了合理的机制解释,这为深入研究新冠病毒复制的分子机理奠定了重要的理论基础,并为开发抗新冠肺炎特效药开辟了新途径。该研究的分子结构坐标数据已经投递至蛋白质结构数据库(PDB), 编号为 6M71。(记者黄辛)