张岩课题组参与揭示了瑞德西韦抑制新型冠状病毒复制的结构基础

来源 :基础医学系    发布时间 :2020-04-10    浏览次数 :1239

2020年4月10日,浙江大学基础医学院张岩课题组联合中国科学院上海药物研究所徐华强、许叶春课题组和以及北京协和医院张抒扬课题组率先在国际上成功解析了目前具有治疗前景的药物瑞德西韦(Remdesivir)与新型冠状病毒复制机器RNA依赖性RNA聚合酶(RdRp)的冷冻电镜三维空间结构,分辨率为2.5埃;同时也解析了RdRp未结合药物分子时的结构,分辨率为2.8埃,该工作揭示了瑞德西韦抗病毒活性的结构基础,为靶向药物开发提供了精确的三维空间结构信息。相关成果已经在生物医学预印本平台BioRxiv网站以Structural Basis for the Inhibition of the RNA-Dependent RNA Polymerase from SARS-CoV-2 by Remdesivir为题在线发表。瑞德西韦与RdRp复合物的结构信息同时全球公开。

A-B,新冠病毒 RNA 聚合酶apo状态(A)以及与RNA模板和瑞德西韦复合物(B)的电镜密度图以及结构模型。C,新冠病毒 RNA 聚合酶的工作原理。D,新冠病毒 RNA 聚合酶的催化活性中心 (瑞德西韦显示为蓝绿色)。

上海药物所徐华强课题组为本项研究提供了大量高质量的蛋白样品,获得了RdRp结合底物RNA和瑞德西韦形成复合物的最优条件。浙江大学张岩课题组负责冷冻样品制备,数据收集以及结构解析工作。在迅速解析了RdRp未结合RNA和瑞德西韦状态的结构后,研究遇到了严重阻碍。在RdRp-RNA-瑞德西韦复合物的冷冻样品制备过程中,研究团队发现瑞德西韦和RNA极易从复制机器上解离。在大量高品质样品的支撑下以及浙大电镜中心冷冻机时的保证支持下,团队成员对冷冻制样条件进行了大量筛选,获得了能够维持复合物稳定状态的制样条件,最终获得了分辨率高达2.5埃的RNA-瑞德西韦结合新冠病毒复制机器的冷冻电镜结构。张抒扬课题组进行了体外活性实验。许叶春课题组将其他抗病毒药物进行了分子对接。

高分辨的新冠病毒RdRp电镜结构提示了瑞德西韦作用于新冠病毒复制机器的整体结构与其他冠状病毒的明显差异。同时,RNA-瑞德西韦-RdRp复合物的整体结构类似于apo RdRp结构。RNA的11对碱基对由RdRp指掌-拇指结构域结合,共有29个RdRp残基显示有直接的相互作用。RNA引物链的3'端为瑞德西韦单磷酸(RMP),在+1位置共价结合到引物链中。尽管在复合装配中存在过量的瑞德西韦三磷酸,但只有一个单独的RMP被装配到引物链中。因此,瑞德西韦和许多核苷酸类似物前药一样,通过非专性RNA链终止可以抑制病毒RdRp活性。

据悉,上海药物研究所博士后尹万超、博士后苏海霞,浙江大学基础医学院博士后毛春友、研究助理沈丹丹、博士后沈庆亚,清华大学医学院博士生栾晓东为共同第一作者;浙江大学冷冻电镜中心常圣海博士在疫情期间为本次研究的数据收集做出了突出贡献。徐华强研究员、张岩研究员、许叶春研究员和张抒扬教授为共同通讯作者。

 
浙江大学基础医学院参与本项工作的科研人员合影

张岩课题组获得了浙江大学新型冠状病毒肺炎(COVID-19)应急科研专项资金资助。