2021-07-06

顶尖学术期刊《细胞》最新一期正式发表的研究论文中，一支中国科研团队展示了新冠病毒“转录复制复合体”（RTC）关键状态的冷冻电镜（cryo-EM）三维结构，揭示病毒mRNA如何进行加帽（capping）和复制矫正（proofreading）的分子机制。

“mRNA的加帽和复制矫正，在新冠病毒的复制和转录过程中起着至关重要的作用。”研究人员在论文摘要中强调。

简单来说，加帽指的是在病毒mRNA前端加上一个帽结构，可以增加mRNA的稳定性，保证后续的蛋白翻译；复制矫正则是利用转录复制复合体中的蛋白，快速处理复制过程中出现错误配对的碱基，随时进行修正。这两个机制，保证了新冠病毒可以相对准确地生产出所需的蛋白质，也是病毒可以逃脱核苷类抗病毒药物（如瑞德西韦）作用的关键。

在目前已知的RNA病毒中，新冠病毒是基因组最庞大的一种，其负责转录复制过程的转录复制复合体是由十几种蛋白组装起来的一个复杂的分子机器。在过去对SARS病毒的研究中，科学家们就发现，冠状病毒有一个关键的蛋白，被称为nsp14，参与了加帽和复制矫正这两个关键过程。但这一个蛋白如何协同执行两个不同的生化过程，却成为近20年来的未解之谜。

这项研究中，为破解这一谜题，科学家们基于过去对加帽中间态RTC（即Cap(-1)’-RTC）、以聚合酶为中心的延伸复合体（EC）等工作机制的理解，首次成功组装了nsp10/nsp14复合物与Cap(-1)’-RTC形成的超级复合体Cap（0）-RTC，并确定了其三维结构。

▲基于Cap（0）-RTC的三维机构，阐明了新冠病毒加帽和复制矫正的分子机制（图片来源：参考资料[1]）

研究揭示，nsp14利用C端的N7甲基化酶结构域完成mRNA加帽过程的第三步关键反应。

另一项重要发现是，Cap（0）-RTC形态的转录复制复合体在溶液状态下会形成稳定的二聚体。通过研究二聚体的结构，研究提出了病毒复制矫正过程中具有与真核/原核细胞类似的反式回溯（in trans backtracking）机制。研究人员指出，这是首次在病毒中观察到利用回溯机制进行复制矫正。

注：原文有删减

参考资料

[1] Liming Yan et al., (2021) Coupling ofN7-methyltransferase and 3′-5′ exoribonuclease with SARS-CoV-2 polymerasereveals mechanisms for capping and proofreading. Cell DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.05.033

[2] 饶子和院士、娄智勇研究员团队发表合作研究成果阐明新冠病毒mRNA合成、基因组复制矫正和逃逸核苷类抗病毒药物的分子机制 RetrievedJune 29 2021 from https://www.med.tsinghua.edu.cn/info/1028/2990.htm