新冠病毒重要药物靶点-RNA聚合酶精细结构获解析

新型冠状病毒RdRp-nsp7-nsp8聚合酶复合体2.9分辨率电子显微镜(库仑电位图)。螺旋分子是核糖核酸模板链(灰色)和新生链(红色)的位置和趋势，用类似的聚合酶机制来判断。拉迪卡病毒有望以效应分子(GS-443902)的形式结合到催化反应中心，从而阻断核糖核酸的合成(右下插图)；背景是新冠状病毒的冷冻电子显微照片和不同视角下聚合酶复合体的分子形态。

最近，“上海科技大学-清华大学抗新冠状病毒联合研究小组”在国际上率先成功分析了新型冠状病毒的“依赖核糖核酸的核糖核酸聚合酶-nsp7-nsp8复合体”近原子分辨率三维空间结构，揭示了病毒遗传物质转录复制机核心“引擎”的结构特征，为抗新冠状病毒药物的开发奠定了重要基础。

3月17日，相关论文结果的预印版本在BioRxiv上在线发布，标题为“2019年的核糖核酸依赖性核糖核酸聚合酶的结构——一个主要的抗病毒药物靶标”(一个开放的生物科学预印库，相关论文尚未经过同行评审)。

自新皇冠肺炎疫情爆发以来，它在世界范围内迅速蔓延，在短时间内对世界各国造成巨大影响，对全人类产生了前所未有的影响。因此，针对新型冠状病毒的药物靶点研究和新药研发迫在眉睫。

侵入细胞后，新型冠状病毒开始大量复制。病毒的核糖核酸依赖性核糖核酸聚合酶(RdRp，也称为nsp12)在病毒遗传物质核糖核酸的合成中起着关键作用。以核糖核酸聚合酶为核心，病毒会巧妙地利用其他辅助因子(如nsp7/nsp8等。)来组装用于自我复制的有效的核糖核酸合成机器。作为这种复制机器的核心部件，核糖核酸聚合酶是最重要的抗病毒药物靶标之一。破坏核心设备的功能可以防止病毒的复制，最终达到治疗的目的。拉地韦只是一种靶向核糖核酸聚合酶的前药。当药物进入人体并被代谢时，其最终产物直接靶向抑制病毒的核糖核酸聚合酶。

拉地韦被认为是一种有前途的治疗新冠状肺炎的临床药物。目前，瑞奇威的临床试验已在中国开展。由*医院和中国医学科学院医学研究所牵头，在武汉金印滩医院等多家一线防疫医院开展了此项工作。计划招募761名患者。结果预计将于4月27日公布。然而，由于缺乏新型冠状病毒核糖核酸聚合酶的三维结构信息，里奇韦如何精确靶向病毒核糖核酸聚合酶的机制仍不清楚，这是开发和应用更有效的抗病毒药物对抗这一靶点的重要障碍之一。

自2003年SARS冠状病毒爆发以来，饶院士的研究团队一直致力于冠状病毒关键药物靶点的研究和新型抗病毒药物的开发。在新冠状病毒肺炎流行之初，饶、教授等团队率先在国际上分析了第一种新型冠状病毒蛋白(主要蛋白酶)和抑制剂复合物的高分辨率三维晶体结构，并在临床试验中发现了能够有效抑制新型冠状病毒的抑制剂。在此基础上，由饶、楼志勇教授和王全教授组成的“上海科技大学-清华大学抗新冠状病毒联合研究小组”首次在国际上成功分析了新型冠状病毒“RdRp-nsp7-nsp8”复制机的三维空间结构，整体分辨率为2.9。

所分析的复杂结构表明，新的冠状病毒核糖核酸聚合酶具有其他病毒核糖核酸聚合酶的保守特性，并含有套叠病毒的NiRAN特征结构域。同时，病毒的核糖核酸聚合酶和病毒的辅助非结构因子nsp7/nsp8形成一个复制机。令人兴奋的是，研究人员还首次在新型冠状病毒的核糖核酸聚合酶的N端发现了一个独特的“β发夹”结构域。这一结构域的发现为阐明新型冠状病毒核糖核酸聚合酶的生物学功能提供了新的线索。研究人员还通过对原子分辨结构的深入分析，发现了新型冠状病毒核糖核酸聚合酶的关键氨基酸残基，并与“丙型肝炎病毒聚合酶ns5b- sofabel效应分子”复合物的结构进行了比较，提出了瑞西韦效应分子(即代谢后的最终产物)抑制新型冠状病毒核糖核酸聚合酶的可能作用方式。

研究人员表示，该研究首次精细描绘了新型冠状病毒“RdRp-nsp7-nsp8”复制机的内部结构，并为Ridgeway效应分子如何准确靶向和抑制复制机的核心部件病毒核糖核酸聚合酶，从而发挥其药效活性提供了合理的机制解释。这为深入研究新型冠状病毒复制的分子机制奠定了重要的理论基础，为开发抗新型冠状肺炎的特异性药物开辟了新的途径。

《中国科学报》从上海科技大学获悉，为了方便科技工作者，特别是药物研究人员的分析和使用，本研究的分子结构坐标数据已发布到编号为6M71的蛋白质结构数据库(PDB)。

相关论文信息:https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.03.16.993386v1