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2021年3月5日，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院教授、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院兼職教授張抒揚課題組聯(lián)合中科院上海藥物所徐華強課題組、余學(xué)奎課題組以及中科院武漢病毒所張磊砢課題組在新冠重要藥靶RNA復(fù)制酶研究領(lǐng)域取得重大進(jìn)展——首次解析了新冠病毒基因復(fù)制酶結(jié)合百年老藥蘇拉明復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，分辨率為2.6埃，這也是國際上第一個解析的非核苷類抑制劑結(jié)合新冠病毒RNA復(fù)制酶的三維結(jié)構(gòu)。該研究成果以長文的形式（“Structural basis for inhibition of the SARS-CoV-2 RNA polymerase by suramin”）在線發(fā)表于國際期刊《自然-結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》（Nature Structural & Molecular Biology）。

新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease-19，COVID-19）疫情自2019年底暴發(fā)以來，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)蔓延，截至2021年3月3日，全球已有220多個國家和地區(qū)累計報告逾1.15億例COVID-19確診病例，逾254萬名患者死亡，給全人類造成了巨大災(zāi)難。針對COVID-19，尋找一套安全有效的治療方案依舊非常迫切。迫于直接抗病毒藥物研發(fā)的緊急需求，篩選已上市藥物用于治療和預(yù)防新冠病毒，將有望從一個獨特的途徑開展抗COVID-19的藥物研發(fā)。

對于核苷類抑制劑的作用機(jī)制研究，研究團(tuán)隊前期利用冷凍電鏡三維重構(gòu)技術(shù)首次解析了新冠病毒RNA復(fù)制酶結(jié)合RNA與核苷類藥物瑞德西韋復(fù)合物2.5埃的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了瑞德西韋以單磷酸的形式共價結(jié)合在引物鏈的+1位，使RNA處于轉(zhuǎn)位前的狀態(tài)，直接抑制了新冠病毒RNA復(fù)制酶的活性。而非核苷類抑制劑不需要經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)的磷酸化來獲取活性形式，直接作用于病毒復(fù)制合酶，引起酶的失活；同時具有結(jié)構(gòu)多樣、高效低毒以及可與其它作用機(jī)制的抗病毒藥物協(xié)同作用等特性，已在常見的熱門病毒的防治上，在臨床應(yīng)用多年，單獨使用或與其它藥物聯(lián)用，都有取得不錯的治療效果的藥物，例如：用于治療丙型肝炎的藥物達(dá)薩布韋（Dasabuvir）等。

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針對新冠病毒RNA復(fù)制酶開展非核苷類抑制劑的發(fā)現(xiàn)和機(jī)制研究，將有助于開發(fā)更有效的抗新冠病毒藥物。鑒于此，張抒揚研究團(tuán)隊在前期工作基礎(chǔ)上，對新冠病毒RNA復(fù)制酶的抑制機(jī)制進(jìn)行深入研究，從老藥庫中篩選活性化合物，發(fā)現(xiàn)百年老藥蘇拉明可以有效抑制新冠病毒RNA復(fù)制酶，在酶水平上，是瑞德西韋的三磷酸活性形式的20倍以上；同時，在細(xì)胞水平也具有較強的抑制新冠病毒復(fù)制的能力，蘇拉明是一種常用于治療非洲昏睡病和盤尾絲蟲?。ㄓ址Q河盲）的藥物，是治療多種寄生蟲病的有效藥物，從20世紀(jì)20年代初就被廣泛應(yīng)用。

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蘇拉明抑制新冠病毒RNA復(fù)制酶的機(jī)制圖 a，Gel-based實驗結(jié)果；b，熒光實驗測定IC₅₀；c，細(xì)胞水平抑制病毒復(fù)制的EC₅₀；d，蘇拉明結(jié)合新冠病毒RNA復(fù)制酶復(fù)合物的電子密度圖；e-f，蘇拉明結(jié)合新冠病毒RNA復(fù)制酶的結(jié)構(gòu)；g，蘇拉明結(jié)合新冠病毒RNA復(fù)制酶的位點；h，凝膠遷移功能實驗

進(jìn)一步，徐華強研究團(tuán)隊與合作者采用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)解析了蘇拉明結(jié)合新冠病毒RNA復(fù)制酶復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)。從解析的結(jié)構(gòu)看，有兩個蘇拉明分子結(jié)合在新冠病毒RNA復(fù)制酶的活性中心里，其中一個蘇拉明分子占據(jù)了模板鏈結(jié)合的位點；另一個蘇拉明分子占據(jù)了在引物鏈所在的催化活性中心的位置，揭示了蘇拉明通過自身的強電負(fù)性的結(jié)構(gòu)特點競爭性的抑制新冠病毒RNA復(fù)制酶結(jié)合病毒基因序列，進(jìn)而抑制了新冠病毒RNA復(fù)制酶的活性，這與研究團(tuán)隊利用凝膠遷移功能實驗檢測到的結(jié)果一致。隨后，通過對比蘇拉明和蘇拉明衍生物結(jié)合諾如病毒RNA復(fù)制酶的晶體結(jié)構(gòu)，研究人員發(fā)現(xiàn)蘇拉明在這兩類病毒中的有著不同的作用方式，顯示蘇拉明對不同的病毒RNA復(fù)制酶的調(diào)控機(jī)制是有區(qū)別的。最后，研究人員系統(tǒng)檢測了蘇拉明衍生物，發(fā)現(xiàn)了多個比蘇拉明具有更強抑制作用的化合物分子，可以用于后續(xù)蘇拉明衍生物的改造，進(jìn)行抗病毒藥物研發(fā)。該項研究對理解蘇拉明抑制新冠病毒RNA復(fù)制酶的分子機(jī)制奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，拓展了對非核苷類抑制劑作用機(jī)制的認(rèn)識，可以推進(jìn)靶向RdRp的非核苷類抑制劑的藥物研發(fā)。

上海藥物所尹萬超副研究員，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生欒曉東，上海藥物所李智海副研究員和博士生周紫薇以及武漢病毒研究所博士生王清星為該論文的共同第一作者。徐華強研究員，張抒揚教授，余學(xué)奎研究員與張磊砢副研究員為共同通訊作者，研究工作同時得到了上海藥物所蔣華良院士和武漢病毒研究所肖庚富研究員的支持和幫助。該工作獲得了國家重點研發(fā)計劃、新藥創(chuàng)制計劃、國家自然基金委、醫(yī)科院創(chuàng)新工程與生命科學(xué)聯(lián)合中心等的項目資金資助。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41594-021-00570-0

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