《Science》揭密新冠病毒關鍵酶結構  成對抗病毒抗藥性靶點

2021/08/10
《Science》揭密新冠病毒關鍵酶結構  成對抗病毒抗藥性靶點
美國時間7月27日,耶魯大學醫學院(Yale School of Medicine)研究發現,新冠病毒(SARS-CoV-2)中存在一種關鍵的校正酶結構─冠狀病毒3端至5端核醣核酸外切酶結構(Coro
美國時間7月27日,耶魯大學醫學院(Yale School of Medicine)研究發現,新冠病毒(SARS-CoV-2)中存在一種關鍵的校正酶結構─冠狀病毒3端至5端核醣核酸外切酶結構(Coronavirus 3’–5’ exoribonuclease, ExoN),可以去除RNA中錯誤的核苷酸,確保新冠病毒的遺傳物質可以完整複製,了解此結構有助於開發相對應的抑制病毒藥物。該論文發表於《Science》。
 
目前尚無針對新冠病毒的有效藥物,而靶向病毒複製/轉錄的複合物、RNA依賴性RNA聚合酶(RdRp)和其他非結構性蛋白質(non-structure protein, nsp)是被認為最有潛力的標靶。
 
例如,瑞德西韋(remdesivir)就是將核苷酸類似物插入到新冠病毒複製的關鍵蛋白酶RdRp中,以抑制病毒的複製。未來希望可以透過ExoN抑制病毒。
 
ExoN主要的功能是降解RNA,其在病毒非結構性蛋白14(nsp14)的N端被發現,會受到nsp10活化與穩定該位點結構,也會分解病毒的雙鏈RNA(double-stranded RNA, dsRNA),激活宿主-病原體嵌入模式識別受體(pattern-recognition receptors, PRR),有助於新冠病毒的免疫逃脫能力。
 
研究人員使用一種稱為TSP31的髮夾RNA受質(substrate)以了解ExoN的催化活性。TSP31可以讓ExoN與RNA結合,但不會讓ExoN切割RNA。
 
研究人員利用粒徑排阻層析法(size exclusion chromatography, SEC)、單顆粒冷凍電子顯微鏡(Single-particle Cryo-EM)和電腦模擬後發現,nsp10-nsp14-RNA 複合物也與nsp8結合,雖然以弱且動態的方式結合,但卻促進RNA受質結合的穩定,讓ExoN切割RNA,並透過nsp10-nsp14複合物增加RNA降解。
 
研究人員發現,RNA受質與野生型的SARS-CoV-2中nsp10-nsp14-RNA複合物的ExoN活性位點結合,會觸發活性位點的進一步反應,表示ExoN對於RNA受質具有特異性。
 
這項結果不僅找出了其他RNA病毒ExoN的結構特性,更重要的是,所有冠狀病毒在nsp14中的ExoNs都具有與RNA結合的殘基,因此具有相同的辨識RNA受質機制。
 
研究人員發現,RNA受質的游離3'-OH對於ExoN誘導的RNA分解非常重要,顯示3'-去氧核苷酸(3’-deoxy nucleotide)類似物可以做為RdRp抑制劑,並同時抑制ExoN切除RNA。
 
研究人員還發現到,SARS-CoV-2的ExoN可與單鏈RNA (ssRNA)和dsRNA受質結合,代表這種校正模式可能以至少兩種不同的方式運作。
 
研究人員觀察到,在加入抑制劑後,含有瑞德西韋單磷酸鹽(remdesivir monophosphate, RMP)的RNA仍可被病毒ExoN結合。這發現與以往發現一致,瑞德西韋抑制的RNA仍然容易受到酶的影響。
 
這篇研究不僅了解到ExoN結構中那些部分是具有辨別RNA受質和活化作用的功能,也提出對抗RdRp抑制劑抗性的方法,未來可設計出有效的ExoN抑制劑以對抗新冠病毒。
 
參考來源:https://www.news-medical.net/news/20210808/New-study-describes-SARS-CoV-2-ExoN-enzyme-that-promotes-antiviral-resistance.aspx
 
論文:https://science.sciencemag.org/content/early/2021/07/26/science.abi9310
 
(編譯/李林璦)