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徐華強/張巖/張抒揚/許葉春等合作解析新冠病毒復制酶與瑞德西韋復合物結構
研發(fā)追蹤 BioArt 2020-04-11 5190
新冠肺炎疫情發(fā)生以來,全球科學家們和醫(yī)生們都在尋找藥物险领,以減少感染人數层锄,結構生物學家們也在此次疫情中進行了廣泛的科學研究肉津,從最早饒子和院士課題組公布Mpro蛋白結構推動藥物篩選(中科院上海藥物所/上科大聯合研究團隊發(fā)現一批可能對新型肺炎有治療作用的老藥和中藥)题束,到ACE2-RBD的解析(Nature背靠背|王新泉/張林琦故硅、李放分別發(fā)表新冠病毒與人ACE2受體復合物結構)肄酬,科學家們?yōu)橥苿铀幬镅芯刻峁┝酥匾慕Y構依據打气。

而在新冠病毒的所有蛋白中,Mpro和RdRp被認為是兩個最重要的病毒靶點缤贯,在病毒的生命周期中,有一個重要的過程就是復制浦匾,新冠病毒的復制復合物主要由病毒的非結構蛋白(nsp)的多亞基轉錄復合物組成瑰柄,核心成分主要是RNA依賴的RNA聚合酶催化亞基(nsp12),而nsp12的功能發(fā)揮也需要nsp7和nsp8兩個輔因子參與涝填,它們的加入將促進nsp12與RNA模版的結合蚣碰,同時也成為了核苷酸類似物例如瑞德西韋(Remdesivir)的作用靶標。
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Rdrp活性實驗以及瑞德西韋抑制試驗

2020年4月9日誓沸,中科院上海藥物研究所徐華強梅桩、許葉春,浙江大學醫(yī)學院張巖和北京協和醫(yī)院張抒揚等在預印版平臺bioRxiv上發(fā)表文章Structural Basis for the Inhibition of the RNA-Dependent RNA Polymerase from SARS-CoV-2 by Remdesivir拜隧,解析新冠病毒復制酶與瑞德西韋復合物結構宿百。



為了闡釋新冠病毒與RNA的相互作用,以及瑞德西韋的藥物作用機制洪添,研究者們首先通過昆蟲細胞共表達了新冠病毒的復制酶三元復合物垦页,通過EMSA實驗驗證了復合物與RNA的結合,緊接著經驗豐富的藥物化學家沈敬山等指出三磷酸形式的瑞德西韋(Remdesivir-TP)才有可能抑制RdRp干奢,并合成了Remdesivir-TP用于結構測定痊焊,同時,作者們首次利用了體外生化實驗忿峻,建立了新冠病毒復制酶活性的測定方法在旱,并且通過Remdesivir-TP和Remdesivir設計和建立了藥物抑制試驗,揭示了Remdesivir-TP才是最終發(fā)揮活性的小分子形式租冠。


本研究在饒子和院士課題組前期的RdRp研究(詳見此前BioArt的報道:饒子和團隊解析新冠病毒RNA依賴RNA聚合酶(瑞德西韋靶點)高分辨率結構搓谆,該工作已于2020年4月10正式在Science雜志在線發(fā)表)的基礎上,進一步通過冷凍電鏡獲得了2.8埃分辨率的apo復合物結構和2.5埃分辨率的復制酶/RNA/瑞德西韋復合物位满,兩個結構總體上十分接近锉择,研究者們在模板引物RNA和nsp12之間觀察到廣泛的蛋白質-RNA相互作用,其中nsp12共有29個殘基直接參與RNA的結合些脐,出乎意料的是沟脓,盡管RdRp的RNA結合需要這兩種蛋白質,但nsp7或nsp8并未介導RNA相互作用。


RdRp的催化活性位點七個保守基序構成稠臣,同時研究者們也觀察到了拇指亞域中D618和S814參與了催化中心兩個鎂離子的配位康蚯。
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nsp12復合物apo結構

復制酶/RNA模版/瑞德西韋復合物結構
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結構比較發(fā)現,apo蛋白結構和后者結構之間的一些差異爵倚。第一個差異在于nsp7的位置似乎朝nsp核心移動了1.0到1.7?侦纳,導致與第二個nsp8的連接重排;在連接拇指亞結構域的第一個和第二個螺旋的環(huán)中觀察到第二個差異也您,該環(huán)向外移動了4.7?勤焕,以適應雙鏈RNA螺旋的結合,同時愕炸,基序G殘基K500和S501也向外移動2.0埃疮丛,同樣發(fā)揮適應模版結合的作用。

除了瑞德西韋辆它,其它幾個核苷酸類似物如Favipiravir(法匹拉韋), Ribavirin(利巴韋林), Galidesivir(BCV4430)和EIDD-2801也有相似的作用機理誊薄,可以有效地抑制細胞內SARS-CoV-2的復制。因此研究者們也通過結構解析揭示了這些藥物是如何抑制SARS-CoV-2 RdPp的活性锰茉。有趣的是呢蔫,EIDD-2801抑制病毒復制的效果是瑞德西韋的3-10倍。



在新冠病毒的眾多蛋白中飒筑,RdRp被認為是許多現有核苷酸類似物的主要靶標片吊。在這篇文章中,研究者們報告的結構揭示了模板引物RNA如何被酶識別以及瑞德西韋對鏈延長的抑制作用扬霜。結構比較和序列比對表明定鸟,底物RNA識別和瑞德西韋抑制RdRp的模式在多種RNA病毒的RdRp中高度保守,總之著瓶,這些發(fā)現為設計更有效的抑制劑對抗新冠肺炎的感染提供了理論依據联予,也為基于核苷酸類似物設計廣譜抗病毒藥物提供了基礎。

據悉材原,該研究由中科院上海藥物所徐華強課題組聯合浙江大學基礎醫(yī)學系的張巖課題組和中國醫(yī)學科學院北京協和醫(yī)院-清華大學醫(yī)學院的張抒揚課題組及中科院上海藥物所許葉春課題組共同完成偏团,中科院上海藥物所蔣華良沈敬山課題組在瑞德西韋三磷酸活性成分合成方面給予大力支持。

值得一提的是猎递,4月9日库忽,上海科技大學饒子和/楊海濤團隊聯合中科院上海藥物所蔣華良團隊以及清華大學乡试、軍事醫(yī)學科學院拌九、中科院武漢病毒所等單位的研究人員合作在Nature雜志在線發(fā)表了題為“Structure of Mpro from COVID-19 virus and discovery of its inhibitors”的論文,解析了新冠病毒水解酶Mpro的結構并基于該結構進行了藥物篩選并利用了細胞實驗評估了藥物效果吻蟹,發(fā)現了具有較強病毒抑制作用的小分子(Mpro(水解酶)和Rdrp(RNA依賴RNA聚合酶)被認為是新冠病毒的兩大重要靶點恐丧,詳見BioArt報道:饒子和/楊海濤/蔣華良合作團隊解析新冠病毒水解酶結構并篩選出多種具有病毒抑制作用的小分子瀑乡。

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