饶子和团队解析新冠病毒RdRp（瑞德西韦靶点）高分辨率结构
撰文 | 亨利
新型冠状病毒的爆发导致了全球范围的大流行，导致全世界数以万计的感染者和死亡者。RNA依赖RNA聚合酶（RdRp，又称nsp12）在病毒内催化病毒RNA的合成，它也是冠状病毒复制的核心组成部分，也是一个抗病毒药物例如瑞德西韦的主要靶点。
2020年3月17日，饶子和院士领导新冠病毒攻关小组（主要成员包括上海科技大学的王权以及清华大学的娄智勇，均为本文的共同通讯作者）在生物学预印本bioRxiv发表文章Structure of RNA-dependent RNA polymerase from 2019-nCoV, a major antiviral drug target，报告了新冠病毒全长nsp12与辅助因子nsp7和nsp8复合物的冷冻电镜结构，分辨率为2.9埃（蛋白质结构数据库PDB ID: 6M71），对于解析高分辨率的病毒RdRp来说，是一个重要的突破。
他们利用大肠杆菌表达了全长新冠肺炎的nsp12（S1-Q932），并与在大肠杆菌中共表达的nsp7（S1-Q83）和nsp8（A1-Q198）孵育后，纯化复合物，利用冷冻电镜获得了一个2.9Å分辨率的复合物的三维重建结构，就像在SARS冠状病毒nsp12-nsp7-nsp8复合物中观察到的那样，新冠肺炎的nsp12的结构包含一个“右手”聚合酶域（S367-F920），和一个独特的N-末端扩展域（D60-R249）。
尽管新冠病毒的nsp12-nsp7-nsp8复合物的总体结构与SARS-CoV的大体相似，但也有一些关键特征可以区分它们。在SARS冠状病毒nsp12结构中，包含了有7个螺旋，末端有一个三链β-折叠，构成NiRAN结构域。残基Y69-R118由三条反平行的β链和一条螺旋构成一个额外的结构区域。残基N215-D218，在新冠肺炎中形成β链。他们推断，该区域与链（残基V96-A100）的接触有助于稳定链。因此，鉴定了残基Y69-R249为完整的冠状病毒NiRAN结构域。其次，低温电磁图帮助我们识别一个独特的N-末端β-发夹。该β-发夹插入到，由NiRAN结构域和RdRp结构域中的palm子结构域形成的凹槽中，形成一组紧密的稳定整体结构。同时，新冠病毒的nsp12中也未观察到， SARS冠状病毒nsp12中的H295-C301-C306-C310和C487-H642-C645-C646螯合的锌离子。相比之下，蛋白结构显示了C301-C306和C487-C645形成了二硫键结构。
研究者们分析了不同的纯化缓冲液、低温采样和重建方法可能导致了这种变化。聚合酶结构域采用病毒聚合酶家族的保守结构，由三个子结构域组成，包括手指子结构域（残基S397-A581和K621-G679）、手掌子结构域（残基T582-P620和T680-Q815）和拇指子结构域（残留物H816-E920）。未观察到通常在病毒聚合酶结构中观察到的用于RNA合成的催化阳离子，可能是因为锰未包含在纯化缓冲液或冷冻EM取样缓冲液中。
新冠病毒RdRp结构域的活性位点是由保守的聚合酶形成的掌纹结构域中的基序A-G，其结构类似于其他RNA聚合酶。基序A覆盖残基611-TPHLMGWDYPKCDRAM-626和潜在的二价阳离子结合残基D618。基序B位于680-710氨基酸区域。Motif C（残基753-fsmmilsdavvcfn-767）含有25个β链之间的催化残基（759-SDD-761）。
图片来源：Nature reviews drug discovery
在之前的一些研究报道中，提到瑞德西韦、法匹拉韦等都可能成为与病毒聚合酶结合的重要抗病毒药物，本文作者预测了瑞德西韦三磷酸形式与复制酶复合物的潜在结合方式，为解释药物小分子和聚合酶药物靶点提供了结构基础。新冠肺炎在全球的迅速传播，也更加让人们意识到发展新型冠状病毒疫苗和治疗方法的必要性。新冠肺炎的多聚酶nsp12是一个很好的药物靶点，特别是考虑到一些已有的核苷酸类似物进行结合，如remdesivir（瑞德西韦），聚合酶结构也为药物筛选提供了重要的结构依据。