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鉴定 RNA 依赖性 RNA 聚合酶复合物构象热点的特征,确定 nsp8 独特的结构柔韧性。

Characterization of the Conformational Hotspots of the RNA-Dependent RNA Polymerase Complex Identifies a Unique Structural Malleability of nsp8.

机构信息

Physical and Materials Chemistry Division, CSIR-National Chemical Laboratory, Dr. Homi Bhabha Road, Pune, Maharashtra 411008, India.

Academy of Scientific and Innovative Research (AcSIR), Ghaziabad 201002, India.

出版信息

J Phys Chem B. 2024 Oct 17;128(41):9959-9975. doi: 10.1021/acs.jpcb.4c03851. Epub 2024 Oct 2.

DOI:10.1021/acs.jpcb.4c03851
PMID:39356135
Abstract

Several antiviral therapeutic approaches have been targeted toward the RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) complex that is involved in viral genome replication. In SARS-CoV-2, although the RdRp is a multiprotein complex, the focus has been on the ligand binding catalytic core (nonstructural protein nsp12), and not the multiprotein functional dynamics. In this study, we focus on the conformational ensembles of the RdRp complex and their modulation by the presence of RNA, performing comprehensive microsecond-scale atomistic simulations of the apo- and RNA-bound complex. We delineate the differential impact of RNA on the constituent proteins, such as conformational polymorphisms, dominant segment-specific fluctuations, and the switch in dynamical crosstalk within the complex. We distinguish dynamical signatures of nsp7, nsp8, and nsp12 in the apo-state that are reduced in the presence of the RNA and appear to "prime" the complex for activity. Importantly, we identify a unique structural malleability of the nsp8 protein with high conformational heterogeneity in the apo state, especially at three sites (Y71 for nsp8A, and D52 and A66 for nsp8B). Our work highlights the functional implications of the polymorphism of nsp8 structures and reveals possibilities for the development of allosteric inhibitors.

摘要

几种抗病毒治疗方法针对的是参与病毒基因组复制的 RNA 依赖性 RNA 聚合酶 (RdRp) 复合物。在 SARS-CoV-2 中,尽管 RdRp 是一个多蛋白复合物,但研究重点一直集中在配体结合催化核心(非结构蛋白 nsp12)上,而不是多蛋白功能动力学。在这项研究中,我们专注于 RdRp 复合物的构象集合及其受 RNA 存在的调节,对无 RNA 和有 RNA 结合的复合物进行了全面的微秒级原子模拟。我们描述了 RNA 对组成蛋白的不同影响,例如构象多态性、主导片段特异性波动以及复合物内动力学串扰的转变。我们区分了无 RNA 结合时apo 状态下 nsp7、nsp8 和 nsp12 的动力学特征,这些特征在 RNA 存在时会减少,并似乎为复合物的活性“启动”。重要的是,我们确定了 nsp8 蛋白在 apo 状态下具有独特的结构灵活性和高度构象异质性,尤其是在三个位点(nsp8A 的 Y71,nsp8B 的 D52 和 A66)。我们的工作强调了 nsp8 结构多态性的功能意义,并揭示了开发变构抑制剂的可能性。

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