Science：揭示SARS-CoV-2校对外切核酸酶识别错配核苷酸机制

2021年8月9日讯/生物谷BIOON/---引起COVID-19的冠状病毒SARS-CoV-2已经表现出顽强抵抗大多数核苷类抗病毒药物治疗的能力。如今，在一项新的研究中，来自美国爱荷华州立大学、明尼苏达大学奥斯汀分校和耶鲁大学医学院的研究人员详细介绍了SARS-CoV-2中存在的一种关键酶的结构。这种称为校对外切核酸酶（proofreading exoribonuclease, ExoN）的酶从这种病毒的RNA中去除核苷类抗病毒药物，使大多数基于核苷类似物的抗病毒药物治疗无效。他们解析出ExoN酶的原子结构，这可能导致人们开发新的方法来使这种酶失活，并为COVID-19患者打开更好的治疗方法。相关研究结果于2021年7月27日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Structural basis of mismatch recognition by a SARS-CoV-2 proofreading enzyme”。

论文共同通讯作者、爱荷华州立大学生物物理学与分子生物学系助理教授Yang Yang说，“如果我们能找到一种抑制这种酶的方法，也许我们用现有的核苷类抗病毒药物杀死这种病毒会取得更好的效果。了解这种结构和ExoN如何发挥作用的分子细节可以帮助指导抗病毒药物的进一步开发。”

SARS-CoV-2是一种RNA病毒，这意味着它的遗传物质是由RNA组成的。当该病毒复制时，它必须合成RNA。但是与其他RNA病毒相比，该病毒的基因组异常庞大，这就造成了在RNA合成过程中出现错误的可能性相对较大。这些错误以不匹配的核苷酸的形式出现，而过多的错误会阻止这种病毒的传播。

ExoN位于非结构蛋白（nsp）10-nsp14复合物中，通过校对RNA合成提高病毒复制的保真度，对病毒的生命周期至关重要。ExoN还能识别和切除整入新生病毒RNA的核苷酸类似物抑制剂，破坏了基于核苷酸类似物的抗病毒药物的有效性。

Yang说，但是ExoN酶充当了校对者的角色，识别病毒RNA中的错配，并校正RNA合成过程中出现的错误。他说，这种酶只存在于冠状病毒和其他一些亲缘关系密切的病毒家族中。

Yang说，消除复制错误的相同过程也消除了通常用于对抗其他RNA病毒（如HIV、HCV和埃博拉病毒）的抗病毒剂，这部分解释了为什么SARS-CoV-2被证明如此难以治疗。

SARS-CoV-2 nsp10-nsp14-RNA复合物的结构和功能概述，图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abi9310。

这些作者展示了野生型和突变型SARS-CoV-2 nsp10-nsp14与带有3′端错配的RNA底物形成的复合物的低温电镜结构，分辨率从2.5埃到3.9埃。在低温电镜技术中，蛋白样品在玻璃冰中瞬间冷却到低温，以保存它们的天然结构。这些结构揭示了ExoN底物特异性的分子决定因素，并使人们深入了解冠状病毒RNA合成过程中错配校正的分子机制。了解ExoN酶结构可以开发出与该酶结合并使其失效的分子。这些发现为合理设计改进的抗冠状病毒药物提供了指导。

Yang说，这是他的实验室和他的同事们的下一步研究目标。他说，找到这样的分子可以使这种病毒更容易受到新开发的抗病毒药物的影响。或者说，它可以优化目前的核苷类抗病毒药物，如瑞德西韦。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Chang Liu et al. Structural basis of mismatch recognition by a SARS-CoV-2 proofreading enzyme. Science, 2021, doi:10.1126/science.abi9310.