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截至4月20日,全球累计确诊新冠肺炎超过240万人,对全人类产生了空前的影响,完成疫苗刻不容缓。
近日,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)。
此前,上海科技大学免疫化学研究所饶子和/杨海涛团队与合作者组成的“抗新冠病毒攻关联盟”在Nature上联合发表了新冠病毒的重要研究成果“Structure of Mpro from COVID-19 virus and discovery of its inhibitors”,率先在国际上成功解析新型冠状病毒关键药物靶点——主蛋白酶(Mpro)的高分辨率三维空间结构。
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,目前为止尚无特效药和疫苗批准上市。
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(RdRp),也被称为第12号非结构蛋白(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。
备受瞩目的广谱抗病毒药物法匹拉韦(Favipiravir)和仍处于临床研究阶段的瑞德西韦(Remdesivir或GS-5734),预期即是进入人体后,通过代谢修饰,形成最终效应分子并靶向病毒RNA聚合酶发挥药效的。
目前二者已经双双进入抗击新型冠状病毒的临床试验。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。
研究解析的复合物结构显示,新型冠状病毒的RNA聚合酶具有其他病毒RNA聚合酶的保守特征,并含有套式病毒(Nidovirus)的NiRAN(Nidovirus 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nsp7和nsp8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。
同时,研究团队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。
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