2020年5月27日訊 /生物谷BIOON /——當(dāng)一個人被新型冠狀病毒SARS-CoV-2感染時(shí),，病原體在感染者的細(xì)胞內(nèi)迅速增殖,。要做到這一點(diǎn),，病毒必須繁殖它的遺傳物質(zhì),，它是由一條長長的RNA鏈組成的。這個過程是由病毒"復(fù)印機(jī)"--即所謂的聚合酶來完成的,。德國哥廷根馬克斯普朗克生物物理化學(xué)研究所的Patrick Cramer領(lǐng)導(dǎo)的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)確定了冠狀聚合酶的三維結(jié)構(gòu),。這使得現(xiàn)在有可能研究抗病毒藥物如瑞德西韋(一種阻斷聚合酶的藥物)是如何起作用的，并尋找新的抑制物質(zhì),。
"鑒于目前的大流行,，我們想提供幫助,，"馬克斯·普朗克中心主任Cramer說。"我們在聚合酶的研究方面有豐富的經(jīng)驗(yàn),。"因此,，對科學(xué)家來說，選擇什么項(xiàng)目是顯而易見的,。
Hauke Hillen解釋說："我們驚訝地發(fā)現(xiàn)冠狀病毒聚合酶的結(jié)構(gòu)是特殊的--它不同于我們目前研究的其他結(jié)構(gòu),。"
圖片來源：Nature冠狀病毒聚合酶與RNA結(jié)合的方式與其它類型病毒相同,。然而,，這種聚合酶包含一個額外的元素，它與RNA結(jié)合,，直到它復(fù)制了遺傳物質(zhì),。這對冠狀病毒來說很重要，因?yàn)樗幕蚪M由大約3萬個RNA基本單元組成,，因此特別長,，使得復(fù)制成為一大挑戰(zhàn)。
詳細(xì)了解抗病毒藥物的工作原理
了解冠狀病毒聚合酶是如何在原子尺度上構(gòu)建的,，為更好地理解和對抗病原體開辟了新的可能性,。下一步，Cramer的團(tuán)隊(duì)將詳細(xì)研究抗病毒物質(zhì)是如何阻止冠狀病毒擴(kuò)散的,。Cramer說"許多希望寄托在直接阻斷聚合酶的藥物瑞德西韋上,。有了這種結(jié)構(gòu)，就有可能優(yōu)化現(xiàn)有物質(zhì),，如瑞德西韋等藥物,，并改善其效果。但我們也想尋找能夠阻止病毒聚合酶的新物質(zhì),。"
哥廷根大學(xué)的研究人員已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)表了他們的研究成果,。"我們想要立即與國際科學(xué)界分享我們的發(fā)現(xiàn)，以加快速度,，因?yàn)楝F(xiàn)在我們正處于大流行之中,。"Lucas Farnung說道，他很快就會在美國哈佛大學(xué)擔(dān)任教授,。
10萬倍放大的冠狀病毒聚合酶
獲得聚合酶的三維結(jié)構(gòu)是一條崎嶇的道路,。"首先，我們必須從三種純化的蛋白質(zhì)中重新構(gòu)建聚合酶,。經(jīng)過一些優(yōu)化,，它最終在試管中發(fā)揮了作用。"Goran Kokic解釋道,。"只有那時(shí)我們才能研究它是如何工作的,。"為此,，這位科學(xué)家迅速建立了一種特殊的測試方法來測定聚合酶的活性。
研究人員準(zhǔn)備了重組的nsp12,、nsp8和nsp7,，并將入一個小的RNA發(fā)卡底物，研究人員發(fā)現(xiàn)純化的蛋白具有RNA以來的延展活性,，依賴于nsp8和nsp7,。研究人員用RNA使這些蛋白組裝并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了冷凍電鏡分析。
團(tuán)隊(duì)隨后在電子顯微鏡的放大倍數(shù)100000倍以上的情況下檢查樣品--第一個樣品的檢測是令人失望的："盡管我們連續(xù)10個晝夜不同拍照片,，但是我們?nèi)匀粺o法獲得蛋白結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息,。"電子顯微鏡的專家Christian Dienemann說道。Dimitry Tegunov表示："然而,，有一個樣本看起來不同,，有點(diǎn)奇怪。我們的第一個想法是放棄它,。幸運(yùn)的是,，我們沒有這樣做：總的來說，這個樣本為我們提供了所需的高質(zhì)量數(shù)據(jù),。" Dimitry Tegunov是該小組的數(shù)據(jù)處理專家,，為該軟件編寫了程序，以便在短時(shí)間內(nèi)處理大量圖像數(shù)據(jù),。
研究人員發(fā)現(xiàn)nsp12的裂縫活性位點(diǎn)與第一個RNA環(huán)結(jié)合,，并以保守殘殘基介導(dǎo)RdRp的活性。兩個拷貝的nsp8結(jié)合到裂縫對面的位點(diǎn),，處于第二個RNA環(huán)的位置,。nsp8的長螺旋狀延伸沿著現(xiàn)存的RNA伸出，形成帶正電的"滑動極",。這些滑動桿是RdRp持續(xù)地復(fù)制冠狀病毒較長的基因組所必需的,。
確定聚合酶結(jié)構(gòu)不會是哥廷根大學(xué)研究人員應(yīng)對大流行最后的貢獻(xiàn)："我們打算看看改變病毒RNA的輔助因子，以確定它會不會被人體免疫系統(tǒng)檢測到并降解掉,。"Cramer說道,。"當(dāng)然，作為結(jié)構(gòu)生物學(xué)家,，我們希望在病毒中找到更多的靶點(diǎn),，這可能在短期內(nèi)開辟新的治療策略。" （生物谷Bioon.com）
參考資料：
【1】How the coronavirus multiplies its genetic material
【2】Hillen,， H.S.,， Kokic， G.,， Farnung,， L. et al. Structure of replicating SARS-CoV-2 polymerase. Nature (2020). https：//doi.org/10.1038/s41586-020-2368-8
【3】Virus multiplication in 3-D
【4】COVID-19 puts new science to the pressure test
【5】Using Raman microspectroscopy to rapidly detect disease-causing bacteria（潤寶醫(yī)療網(wǎng)）
"鑒于目前的大流行,，我們想提供幫助,，"馬克斯·普朗克中心主任Cramer說。"我們在聚合酶的研究方面有豐富的經(jīng)驗(yàn),。"因此,，對科學(xué)家來說，選擇什么項(xiàng)目是顯而易見的,。
Hauke Hillen解釋說："我們驚訝地發(fā)現(xiàn)冠狀病毒聚合酶的結(jié)構(gòu)是特殊的--它不同于我們目前研究的其他結(jié)構(gòu),。"
圖片來源：Nature冠狀病毒聚合酶與RNA結(jié)合的方式與其它類型病毒相同,。然而,，這種聚合酶包含一個額外的元素，它與RNA結(jié)合,，直到它復(fù)制了遺傳物質(zhì),。這對冠狀病毒來說很重要，因?yàn)樗幕蚪M由大約3萬個RNA基本單元組成,，因此特別長,，使得復(fù)制成為一大挑戰(zhàn)。
詳細(xì)了解抗病毒藥物的工作原理
了解冠狀病毒聚合酶是如何在原子尺度上構(gòu)建的,，為更好地理解和對抗病原體開辟了新的可能性,。下一步，Cramer的團(tuán)隊(duì)將詳細(xì)研究抗病毒物質(zhì)是如何阻止冠狀病毒擴(kuò)散的,。Cramer說"許多希望寄托在直接阻斷聚合酶的藥物瑞德西韋上,。有了這種結(jié)構(gòu)，就有可能優(yōu)化現(xiàn)有物質(zhì),，如瑞德西韋等藥物,，并改善其效果。但我們也想尋找能夠阻止病毒聚合酶的新物質(zhì),。"
哥廷根大學(xué)的研究人員已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)表了他們的研究成果,。"我們想要立即與國際科學(xué)界分享我們的發(fā)現(xiàn)，以加快速度,，因?yàn)楝F(xiàn)在我們正處于大流行之中,。"Lucas Farnung說道，他很快就會在美國哈佛大學(xué)擔(dān)任教授,。
10萬倍放大的冠狀病毒聚合酶
獲得聚合酶的三維結(jié)構(gòu)是一條崎嶇的道路,。"首先，我們必須從三種純化的蛋白質(zhì)中重新構(gòu)建聚合酶,。經(jīng)過一些優(yōu)化,，它最終在試管中發(fā)揮了作用。"Goran Kokic解釋道,。"只有那時(shí)我們才能研究它是如何工作的,。"為此,，這位科學(xué)家迅速建立了一種特殊的測試方法來測定聚合酶的活性。
研究人員準(zhǔn)備了重組的nsp12,、nsp8和nsp7,，并將入一個小的RNA發(fā)卡底物，研究人員發(fā)現(xiàn)純化的蛋白具有RNA以來的延展活性,，依賴于nsp8和nsp7,。研究人員用RNA使這些蛋白組裝并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了冷凍電鏡分析。
團(tuán)隊(duì)隨后在電子顯微鏡的放大倍數(shù)100000倍以上的情況下檢查樣品--第一個樣品的檢測是令人失望的："盡管我們連續(xù)10個晝夜不同拍照片,，但是我們?nèi)匀粺o法獲得蛋白結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息,。"電子顯微鏡的專家Christian Dienemann說道。Dimitry Tegunov表示："然而,，有一個樣本看起來不同,，有點(diǎn)奇怪。我們的第一個想法是放棄它,。幸運(yùn)的是,，我們沒有這樣做：總的來說，這個樣本為我們提供了所需的高質(zhì)量數(shù)據(jù),。" Dimitry Tegunov是該小組的數(shù)據(jù)處理專家,，為該軟件編寫了程序，以便在短時(shí)間內(nèi)處理大量圖像數(shù)據(jù),。
研究人員發(fā)現(xiàn)nsp12的裂縫活性位點(diǎn)與第一個RNA環(huán)結(jié)合,，并以保守殘殘基介導(dǎo)RdRp的活性。兩個拷貝的nsp8結(jié)合到裂縫對面的位點(diǎn),，處于第二個RNA環(huán)的位置,。nsp8的長螺旋狀延伸沿著現(xiàn)存的RNA伸出，形成帶正電的"滑動極",。這些滑動桿是RdRp持續(xù)地復(fù)制冠狀病毒較長的基因組所必需的,。
確定聚合酶結(jié)構(gòu)不會是哥廷根大學(xué)研究人員應(yīng)對大流行最后的貢獻(xiàn)："我們打算看看改變病毒RNA的輔助因子，以確定它會不會被人體免疫系統(tǒng)檢測到并降解掉,。"Cramer說道,。"當(dāng)然，作為結(jié)構(gòu)生物學(xué)家,，我們希望在病毒中找到更多的靶點(diǎn),，這可能在短期內(nèi)開辟新的治療策略。" （生物谷Bioon.com）
參考資料：
【1】How the coronavirus multiplies its genetic material
【2】Hillen,， H.S.,， Kokic， G.,， Farnung,， L. et al. Structure of replicating SARS-CoV-2 polymerase. Nature (2020). https：//doi.org/10.1038/s41586-020-2368-8
【3】Virus multiplication in 3-D
【4】COVID-19 puts new science to the pressure test
【5】Using Raman microspectroscopy to rapidly detect disease-causing bacteria（潤寶醫(yī)療網(wǎng)）
