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レムデシビルとSARS-CoV-2：nsp12 RdRpとnsp14エクソヌクレアーゼ活性部位の構造要件
Remdesivir and SARS-CoV-2: Structural requirements at both nsp12 RdRp and nsp14 Exonuclease active-sites.
PMID: 32283108 PMCID: PMC7151495. DOI: 10.1016/j.antiviral.2020.104793.
抄録
SARS-CoV-2の世界的な急速な出現は、重要な健康上の懸念の原因となっており、抗ウイルス剤の緊急の必要性を強調している。ウイルスRNA依存性RNAポリメラーゼ（RdRp）は、ウイルスRNA合成に不可欠な役割を果たしており、その高い配列と構造の保存性のため、いくつかのウイルス性疾患の予防的または治癒的治療のための選択のターゲットであり続けています。現在までのところ、最も有望なウイルス性RdRp阻害剤はヌクレオシド類似体（NAS）であり、25種類以上が医学的に重要ないくつかのウイルス性疾患の治療薬として承認されている。しかし、コロナウイルスは、組み込まれたNASを除去することができるエキソヌクレアーゼ（ExoN）ドメインの存在により、これらの利用可能な抗ウイルス薬の多くに抵抗性を提供するために、NAの薬物設計のための特に困難なケースとして際立っている。ここでは、SARS-CoVのRdRpおよびExoNタンパク質、ならびにラッサウイルスNエキソヌクレアーゼの構造を利用して、触媒的に有能なSARS-CoV-2酵素のモデルを導出する。次に、有望なNA候補であるGS-441524（レムデシビルの活性代謝物）を両タンパク質のヌクレオシド活性部位にマッピングし、ヌクレオチドの認識、識別、除去に重要な残基を同定した。興味深いことに、GS-441524は、リボース1'-CN基に起因する有意な組み込み、遅延鎖終結、および変化した切除と一致した方法で両方の酵素活性部位に対応しており、他の利用可能な類似体と比較して抗ウイルス効果の増加を説明する可能性があります。さらに，以前に同定された2つのRdRp耐性変異の構造的・機能的意味合いを，レムデシビルに対する耐性との関連で提案した．この研究は、RdRpとExoNの間のNASの取り込みとエキシジョン特性のバランスを考慮することの重要性を強調している。
The rapid global emergence of SARS-CoV-2 has been the cause of significant health concern, highlighting the immediate need for antivirals. Viral RNA-dependent RNA polymerases (RdRp) play essential roles in viral RNA synthesis, and thus remains the target of choice for the prophylactic or curative treatment of several viral diseases, due to high sequence and structural conservation. To date, the most promising broad-spectrum class of viral RdRp inhibitors are nucleoside analogues (NAs), with over 25 approved for the treatment of several medically important viral diseases. However, Coronaviruses stand out as a particularly challenging case for NA drug design due to the presence of an exonuclease (ExoN) domain capable of excising incorporated NAs and thus providing resistance to many of these available antivirals. Here we use the available structures of the SARS-CoV RdRp and ExoN proteins, as well as Lassa virus N exonuclease to derive models of catalytically competent SARS-CoV-2 enzymes. We then map a promising NA candidate, GS-441524 (the active metabolite of Remdesivir) to the nucleoside active site of both proteins, identifying the residues important for nucleotide recognition, discrimination, and excision. Interestingly, GS-441524 addresses both enzyme active sites in a manner consistent with significant incorporation, delayed chain termination, and altered excision due to the ribose 1'-CN group, which may account for the increased antiviral effect compared to other available analogues. Additionally, we propose structural and function implications of two previously identified RdRp resistance mutations in relation to resistance against Remdesivir. This study highlights the importance of considering the balance between incorporation and excision properties of NAs between the RdRp and ExoN.
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