Nat Commun｜中国医学科学院和香港大学合作揭示SARS-CoV-2 SUD 结构并提出新抗病毒策略

2023-07-15 00:07

7 月 6 日，中国医学科学院病原生物学研究所崔胜课题组与香港大学微生物学系袁硕峰课题组合作在学术期刊 Nature Communications上发表了题为“Identification of the SARS-unique domain of SARS-CoV-2 as an antiviral target”的论文。他们首先解析了 SARS-CoV-2 的 SARS 独特结构域（SUD）的高分辨率结构，发现 SARS-CoV-2 SUD 与 SARS-CoV SUD 在结构特征和RNA结合等方面存在显著差异。他们针对 SUD 进行了药物筛选，发现Theaflavin 3,3’-digallate (TF3) 能够特异性结合 SUD 并发挥抗病毒活性。

现有新冠病毒药物药物的作用靶点主要集中在病毒编码的主蛋白酶（Mpro）和RNA依赖的RNA聚合酶（RdRP）上。抗病毒药物的持续使用能够诱导耐药突变；因此，基于新靶点、新机制的抗病毒药物研发是未来药物研发的重要方向，有利于新冠病毒的常态化防控。

该论文的研究人员独辟蹊径的针对SARS-CoV-2 NSP3蛋白展开研究。NSP3在病毒复制中扮演重要角色，参与双层囊泡-细胞质的核酸转运，是潜在的药物靶标。NSP3由～2000 个氨基酸组成，含有多个结构域和催化亚基。该团队在前期解析了 SARS-CoV-2 NSP3 的木瓜样蛋白酶结构域（PLpro）的结构，基于 PLpro 靶点进行了化合物筛选，发现了新型抗病毒分子（Gao et al., Acta Pharmaceutica Sinica B 2021, Yuan et al., Protein & Cell 2022）。

在最新的研究中，该团队解析了 SARS-CoV-2 NSP3的另一个重要结构域“SUD”的高分辨率结构（1.35埃）。SUD由SUD-N 和 SUD-M 两个亚结构域构成。SARS-CoV SUD-M 和 SUD-N 之间通过一个二硫键彼此连接，但SARS-CoV-2 SUD-M 和 SUD-N 之间的二硫键在进化的过程中丢失。为了稳定SARS-CoV-2 SUD以解析其结构，该团队引入了一个类似SARS-CoV SUD 的二硫键，从而成功解析了SARS-CoV-2 SUD的高分辨率结构。然而，当研究人员将相同的二硫键引入SARS-CoV-2的 RNA基因组中，他们发现突变病毒无法被拯救。这些研究结果表明SARS-CoV-2和 SASR-CoV的 SUD 之间存在重要差异。

图1，SARS-CoV-2 SUD 的进化分析，结构解析及结构分析

接下来，该团队系统研究了 SARS-CoV-2 SUD与Poly-A 结合蛋白（Paip1）以及RNA G四联体（G4）的相互作用，构建了基于SUD亲和力的小分子化合物高通量筛选体系，获得了一系列特异性结合 SUD的化合物。其中，TF3与 SARS-CoV-2 SUD 的结合力较强，能够破坏 SUD-G4 的相互作用。最终，该研究团队证明TF3能够抑制SARS-CoV-2病毒在细胞中的复制，具有显著的抗病毒活性。这些研究成果初步确证了SUD 作为抗病毒靶点的有效性。

中国医学科学院病原生物学研究所崔胜研究员和香港大学袁硕峰博士是该论文的共同通讯作者。崔胜课题组主管技师秦博，博士生李子恒和香港大学在读博士生唐开铭是该论文的共同第一作者。该研究获得了中国医学科学院医学科技创新工程和国家自然科学基金的资助。

论文原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-39709-6

英文摘要：SARS-CoV-2 nsp3 is essential for viral replication and host responses. The SARS-unique domain (SUD) of nsp3 exerts its function through binding to viral and host proteins and RNAs. Herein, we show that SARS-CoV-2 SUD is highly flexible in solution. The intramolecular disulfide bond of SARS-CoV SUD is absent in SARS-CoV-2 SUD. Incorporating this bond in SARS-CoV-2 SUD allowed crystal structure determination to 1.35 Å resolution. However, introducing this bond in SARS-CoV-2 genome was lethal for the virus. Using biolayer interferometry, we screened compounds directly binding to SARS-CoV-2 SUD and identified theaflavin 3,3’-digallate (TF3) as a potent binder, Kd 2.8 µM. TF3 disrupted the SUD-guanine quadruplex interactions and exhibited anti-SARS-CoV-2 activity in Vero E6-TMPRSS2 cells with an EC50 of 5.9 µM and CC50 of 98.5 µM. In this work, we provide evidence that SARS-CoV-2 SUD harbors druggable sites for antiviral development.

来源：病毒学界

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