RNA聚合酶：新型冠状病毒粗心大意的复制机

正如我们之前看到的，当病毒感染发生时，病毒进入宿主细胞，最初 通过病毒受体（对于新型冠状病毒，这是棘突蛋白）对接 ，然后病毒受体与靶细胞的一种蛋白质（对于新型冠状病毒，这是ACE2酶）建立连接。一旦进入细胞的水性部分（称为胞质溶胶），病毒就会“解开”自身，释放其内容物：蛋白质及其遗传物质的混合物。 遗传信息，即构建细胞成分所必需的信息，存储在人类的DNA分子中， 冠状病毒使用单个RNA分子。人类的细胞中也有RNA，但我们将其用于其他用途，主要是构建蛋白质。

一旦冠状病毒感染了某个细胞， 其目的是确保形成新的病毒副本，以便产生能够延续其物种的子代。因此，感染该细胞的病毒中存在的所有物质都必须被“复制”并组装成新的病毒体，包括病毒本身遗传物质（＝RNA）的新副本。合成新RNA的基本机制以不同的形式存在于所有生物体中，被称为RNA聚合酶，字面意思是：“用于形成长链RNA的酶”。新型冠状病毒RNA聚合酶被称为 RdRP（RNA依赖性RNA聚合酶），本质上是复制病毒的遗传物质。

尽管执行了复杂而关键的过程，但机器（或操作员）还是有些“粗心”：实际上，每次复制原始遗传物质时， 其都会出错，并且副本与原件相比存在差异。这些差异就是所谓的突变， 其 会影响病毒蛋白的结构及其功能。最近几天 ，我们听说了病毒的G614（或更好的D614G）变体：事实是RNA聚合酶在复制病毒基因组时“分心”， 其改变了RNA的一个碱基（“块”）。这导致了614位棘突蛋白的突变，但其不是与ACE2酶直接接触的位点，因此必须通过实验评估其对结构和功能的影响，以了解其后果。在任何情况下， 这些突变都会对病毒产生影响，这意味着它们可能是中性的、有利的或不利的。如果这种突变为其生命周期带来优势，则突变病毒将开始传播：例如，这可能意味着其能够更有效地感染人类细胞，但对宿主生物体造成的损害较小，作为一种高度致命的病毒，其注定会因为没有客体而消失。

RdRP酶可合成病毒遗传物质的副本，这是一种由四种不同的氮碱基组成的RNA分子。酶将复制RNA链，与其互补的单个分子单元（核苷酸）按照A:U和G:C配对方式一次出现一个（图中，不同颜色的长方形采用黄配蓝、红配绿配对方式）。有时RdRP 与这些块不匹配，这会导致病毒“子代”发生突变。如果突变对生存有益，则会被保留。

让我们回顾一下RNA聚合酶的主要功能，即 复制新型冠状病毒的遗传物质。这是形成新病毒的一个关键步骤，因此如果我们能够阻止RdRP在受感染细胞中的作用，病毒就会停止复制。能够抑制RNA聚合酶的分子是极好的抗病毒药物！开发 瑞德西韦 分子的目的是抑制埃博拉病毒RNA聚合酶，但也能够阻断其他病毒的聚合酶， 是抗病毒靶向RdRP的一个好例子。 类似于新型冠状病毒的主要蛋白酶Mpro，结构生物学可以告诉我们瑞德西韦如何阻断感染机制，最重要的是，其提出了如何改进分子，以确保可以获得适用于冠状病毒的高度特异性抗病毒药物。中国科学院的研究人员使用低温电子显微镜检查技术确定了RdRP的结构，并在其复制活动中对其进行了拍摄。

来自新型冠状病毒的RdRP结构，由三个蛋白亚基组成，形成一个活性异源三聚体，在RNA复制过程中 被冷冻电子显微镜捕获，在左侧可见。RdRP机器的心脏在右侧突出显示，其中药物瑞德西韦的活性形式以绿色显示，并入病毒遗传物质的副本中。将药物添加到RNA的副本中会阻止遗传物质的完全复制，该机制的细节仍在争论中。由Degano医生提供。

这一结构表明， 瑞德西韦以一种非常特殊的方式发挥作用， 与其说是通过堵塞RdRP，不如说是通过将自身插入到产生的RNA副本中并在那里充当“停止”信号，阻止RNA聚合酶继续工作。更有趣的是，该结构表明， 瑞德西韦在并入RNA之前与RdRP结合的点具有非常奇特的特性，化学家可以利用这些特性来合成更有效的抗病毒分子。由其他组在不同条件下确定的另外两个结构提供了有关抗病毒药物的作用机制以及如何开发更好的抗病毒药物的其他信息。目前，已经开发出一种名为EIDD-2801的化合物 ，可有效阻断新型冠状病毒在培养细胞中的复制，在这方面的效力比瑞德西韦强10倍。要成功开发出一种药物，还有很长的路要走，但是借助结构生物学，我们正在取得长足的进步。