2020年8月2日訊/
生物谷BIOON/---冠狀病毒屬於套式病毒（Nidovirales）目，是一類正鏈RNA（+RNA）病毒。這些病毒是幾種人畜共患傳染病的罪魁禍首。致命的事件包括2003年由SARS-CoV引起的嚴重急性呼吸道症候群（SARS）大流行和由MERS-CoV引起的中東呼吸道症候群（MERS）疫情。作為一種β冠狀病毒，SARS-CoV-2已被確定為當前全球破壞性的2019年冠狀病毒病（COVID-19）大流行的原因。
套式病毒包含已知最大的RNA基因組。套式病毒RNA依賴性RNA聚合酶(RdRp，由非結構蛋白12編碼，縮寫為nsp12)在RdRp 全酶（holo-RdRp，包括nsp7/nsp82/nsp12）中發揮作用，合成所有病毒RNA分子。RdRp是瑞德西韋等抗病毒藥物的靶點。除了在病毒基因組的複製和轉錄中發揮核心作用外，RdRp還包含一個N端套式病毒RdRp相關的核苷酸轉移酶（nidovirus RdRp-associated nucleotidyltransferase, NiRAN）結構域，這個結構域功能未知，但具有對病毒傳播必不可少的酶活性。
holo-RdRp被認為在病毒生命周期中與一些輔助因子進行協調。這些輔助因子之一是nsp13，它是一種以NTP依賴的方式以5'->3'極性解開DNA或RNA的超家族1B（SF1B）螺旋酶。這種螺旋酶對於套式病毒馬動脈炎病毒（equine arteritis virus, EAV）和β冠狀病毒小鼠肝炎病毒的複製是必不可少的，並被推測在所有套式病毒中都是必不可少的。這種螺旋酶被認為在病毒生命周期的許多方面發揮著關鍵作用。除了具有螺旋酶活性，nsp13還具有可能在mRNA加帽中發揮作用的RNA 5'-三磷酸酶活性。
除了具有SF1螺旋酶的兩個經典的RecA ATP酶結構域，nsp13還含有套式病毒螺旋酶特有的三個結構域：一個N端鋅結合域（ZBD）、一個柄和一個1B結構域。在體內，這些結構域在nsp13功能中的作用尚不清楚，但是這些結構域中或它們之間的界面發生的替換突變對體外螺旋酶的活性以及病毒傳播有破壞性影響。
生物化學和生物物理學研究提示著nsp13和nsp12相互作用，但是它們之間形成的一種穩定的複合物尚未通過生物化學手段分離出來，也未從結構上加以表徵，而且這種螺旋酶在SARS-CoV-2複製-轉錄中的機製作用尚不清楚。
圖片來自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.07.033。
在一項新的研究中，來自美國洛克菲勒大學、紐約結構生物中心和瑞士蘇黎世聯邦理工學院的研究人員獲得了穩定的nsp13:holo-RdRp:RNA複合物，並通過低溫電鏡（cryo-EM）解析出它的三維結構，標稱分辨度為3.5埃。這種複合物的結構限制了nsp13的功能模型，並提出nsp13可能促進複製/轉錄複合物（replication/transcription complex, RTC）向後移動（稱為回溯），因而可能影響它的校正和模板切換功能。利用解析出的三維結構，他們還確定了ADP-Mg
2+在套式病毒特異性NiRAN結構域活性位點中的結合位置，這為抗病毒治療開發提供了一個新的靶標。相關研究結果於2020年7月28日在線發表在Cell期刊上，論文標題為「Structural basis for helicase-polymerase coupling in the SARS-CoV-2 replication-transcription complex」。
在nsp13:holo-RdRp:RNA複合物的結構中，螺旋酶nsp13與RTC的主要相互作用決定因素發生在nsp13-ZBD和nsp8-N末端延伸片段之間。這兩個結構元素都是套式病毒所特有的，並且它們的相互作用界面在α冠狀病毒和β冠狀病毒屬內是保守的，這表明這種相互作用代表了SARS-CoV-2複製/轉錄的一個關鍵方面。在之前的研究中，對SARS-CoV-1 ORFeome進行的蛋白-蛋白相互作用分析已確定了nsp8是病毒蛋白-蛋白相互作用的中心樞紐。nsp8a和nsp8b的結構架構，以及它們的長N端螺旋延伸，為一系列複製/轉錄因子的結合提供了一個大的結合面。
這種複合物的結構揭示ADP-Mg
2+佔據NiRAN結構域的活性位點，這可能是因為RdRp樣品在網格製備之前用ADP-AlF3孵育。ADP與nsp13沒有發生鹼基特異性相互作用；nsp12-NiRAN-H75與腺嘌呤鹼基形成陽離子-π相互作用，但是這種相互作用預計不是強烈的鹼基特異性，結構建模也沒有為鹼基特異性相互作用提供明顯的備選方案。在NiRAN結構域A
n對齊中，對應於H75的位置並不是保守的，這表明；i）這個胺基酸殘基不是NiRAN結構域活性位點的鹼基特異性的決定因素，ii）NiRAN結構域的鹼基特異性在不同的套式病毒之間存在差異，或者iii）在一般情況下，NiRAN結構域的活性不表現出鹼基特異性。
這些作者注意到NiRAN結構域的酶活性對病毒傳播至關重要，但是它的作用靶標是未知的。需要開展進一步的實驗才能更全面地了解NiRAN結構域的活性、它的首選底物以及它的體內靶標，而這些可能在不同的套式病毒中有所不同。這些結果為研究這些問題的生化、生物物理和基因實驗提供了結構基礎，也為抗病毒藥物開發平臺提供了結構基礎。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：James Chen et al. Structural basis for helicase-polymerase coupling in the SARS-CoV-2 replication-transcription complex. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.07.033.