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对严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)3'非翻译区基因组RNA的核磁共振研究揭示了启动病毒RNA复制的假结结构。

NMR Studies of Genomic RNA in 3' Untranslated Region Unveil Pseudoknot Structure that Initiates Viral RNA Replication in SARS-CoV-2.

作者信息

Ohyama Takako, Osawa Takuo, Sekine Shun-Ichi, Ishii Yoshitaka

机构信息

Laboratory for Advanced NMR Application and Development, Center for Biosystems Dynamics Research, RIKEN, 1-7-22 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama 230-0045, Kanagawa, Japan.

School of Life Science and Technology, Tokyo Institute of Technology, 4259 Nagatsuta-cho, Midori-ku, Yokohama 226-8503, Kanagawa, Japan.

出版信息

JACS Au. 2024 Mar 20;4(4):1323-1333. doi: 10.1021/jacsau.3c00641. eCollection 2024 Apr 22.

DOI:10.1021/jacsau.3c00641
PMID:38665648
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11041675/
Abstract

In the 3' untranslated region of the SARS-CoV-2 virus RNA genome, genomic RNA replication is initiated in the highly conserved region called 3'PK, containing three stem structures (P1pk, P2, and P5). According to one proposed mechanism, P1pk and distal P2 stems switch their structure to a pseudoknot through base-pairing, thereby initiating transcription by recruiting RNA-dependent RNA polymerase complexed with nonstructural proteins (nsp)7 and nsp8. However, experimental evidence of pseudoknot formation or structural switching is unavailable. Using SARS-CoV-2 3'PK fragments, we show that 3'PK adopted stem-loop and pseudoknot forms in a mutually exclusive manner. When P1pk and P2 formed a pseudoknot, the P5 stem, which includes a sequence at the 3' end, exited from the stem-loop structure and opened up. Interaction with the nsp7/nsp8 complex destabilized the stem-loop form but did not alter the pseudoknot form. These results suggest that the interaction between the pseudoknot and nsp7/nsp8 complex transformed the 3' end of viral genomic RNA into single-stranded RNA ready for synthesis, presenting the unique pseudoknot structure as a potential pharmacological target.

摘要

在严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)病毒RNA基因组的3'非翻译区,基因组RNA复制在一个名为3'PK的高度保守区域启动,该区域包含三个茎环结构(P1pk、P2和P5)。根据一种提出的机制,P1pk和远端P2茎环通过碱基配对将其结构转变为假结,从而通过招募与非结构蛋白(nsp)7和nsp8复合的RNA依赖性RNA聚合酶来启动转录。然而,假结形成或结构转换的实验证据尚不存在。使用SARS-CoV-2 3'PK片段,我们发现3'PK以互斥的方式采用茎环和假结形式。当P1pk和P2形成假结时,包含3'端序列的P5茎环从茎环结构中退出并打开。与nsp7/nsp8复合物的相互作用使茎环形式不稳定,但不改变假结形式。这些结果表明,假结与nsp7/nsp8复合物之间的相互作用将病毒基因组RNA的3'端转化为可用于合成的单链RNA,呈现出独特的假结结构作为潜在的药理学靶点。

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