免化所饶子和/王权团队解析新冠病毒RNA聚合酶复合体结构

发布者:刘丹丹发布时间:2020-06-29浏览次数:30

截至410日,全球累计确诊新冠肺炎156万人,死亡9.2万人 ,对全人类产生了空前的影响 。引起新冠肺炎的病原体是一种新型冠状病毒,它与此前大家熟悉的严重急性呼吸道综合征冠状病毒(SARS-CoV)和中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)具有较近的亲缘关系,被感染的患者会以发热、乏力、干咳为主要临床表现,严重者快速进展为急性呼吸窘迫综合征,甚至死亡,后果严重。

新型冠状病毒在入侵宿主细胞后,便开始大量复制,这其中又以遗传物质RNA基因组的转录和复制两个过程为核心。遗传物质的转录将最终经过翻译形成新生病毒的结构组成蛋白质,而其复制将形成新生病毒的RNA基因组。病毒RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerasesRdRp),也被称为第12号非结构蛋白(non-structural protein 12 nsp12),能够与其他多个非结构蛋白质组装形成一台高效的RNA合成“机器”,完成这两大过程。RNA聚合酶作为这台转录复制机器的核心部件,是最重要的抗病毒药物靶标之一,破坏其功能预期将能够阻止病毒的复制,最终达到治疗的目的。因此,针对新型冠状病毒的药物靶点特别是RNA聚合酶的研究,对此类靶向药物的研发和药效机制的验证至关重要,迫在眉睫。

在本研究中,由饶子和院士/娄智勇教授/王权教授等组成的“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了新型冠状病毒转录复制机器核心单元“RdRp-nsp7-nsp8”复合体的三维空间结构,整体分辨率达到2.9 埃(Å)。

研究解析的复合物结构显示,新型冠状病毒的RNA聚合酶具有其它病毒RNA聚合酶的保守特征,并含有套式病毒(Nidovirus)的NiRANNidovirus RdRp-associated nucleotidyltransferase)特征结构域;同时病毒RNA聚合酶与病毒的非结构蛋白nsp7nsp8组成了转录复制机器的核心单元。令人兴奋的是,研究人员还首次在新型冠状病毒的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型冠状病毒RNA聚合酶的生物学功能提供了新的线索。研究团队又通过对该原子分辨率结构的深入分析,发现了新型冠状病毒RNA聚合酶行使功能的关键氨基酸残基,并通过与“丙型肝炎病毒聚合酶ns5b-索非布韦(Sofosbuvir)效应分子”复合物结构进行比对,提出了瑞德西韦和法匹拉韦的效应分子(即代谢后的最终产物)抑制新型冠状病毒RNA聚合酶的可能作用模式。

本研究首次精细描绘出了新型冠状病毒“RdRp-nsp7-nsp8”转录复制机器的内部构造,并为瑞德西韦和法匹拉韦等候选药物的效应分子如何精确靶向抑制病毒RNA合成进而发挥药效活性提出了合理的机制解释,这为深入研究新型冠状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的特效药开辟了新途径。



文章链接:

Wang, Q., et al. (2020). “Structural Basis for RNA Replication by the SARS-CoV-2 Polymerase.” Cell. doi:10.1016/j.cell.2020.05.034.