249: SARS 코로나바이러스 2형 RNA 의존성 RNA 중합효소 (SARS-CoV-2 RNA-dependent RNA Polymerase)

Author: David S. Goodsell Translator: PDBj

SARS 코로나바이러스 2형 RNA 의존성 RNA 중합효소(nsp12)에 nsp7과 nsp8, 그리고 주형 사슬과 복제 사슬에 의한 짧은 이중가닥 RNA가 결합된 구조. 오른쪽 그림에서는 RNA와의 상호 작용이 보이도록 하기 위해 nsp7과 nsp8은 제거했다.
SARS 코로나바이러스 2형 RNA 의존성 RNA 중합효소(nsp12)에 nsp7과 nsp8, 그리고 주형 사슬과 복제 사슬에 의한 짧은 이중가닥 RNA가 결합된 구조. 오른쪽 그림에서는 RNA와의 상호 작용이 보이도록 하기 위해 nsp7과 nsp8은 제거했다. 고해상도 TIFF 이미지는이쪽。

폴리오바이러스(poliovirus), 리노바이러스(rhinovirus), 코로나바이러스(coronavirus) 등 일부 바이러스는 전혀 DNA를 사용하지 않는다. 이들 바이러스가 세포에 감염될 때에는 1개의 RNA 사슬을 보낸다. 이 RNA는 감염되면 즉시 단백질을 만드는 전령 RNA로 사용될 수 있다. 다만 이들 바이러스에는 DNA에서 RNA, 그리고 단백질로 향하는 표준적인 정보 흐름을 거스르는 특별한 중합효소가 필요하다. 이 중합효소는 DNA가 아닌 RNA를 주형으로 사용해 새로운 RNA 사슬을 만든다. 그래서 바이러스는 이 중합효소를 RNA 게놈으로 코딩해 두기만 하면 된다. 그리고 감염 즉시 세포의 리보솜(ribosome)에 의해 이 중합효소가 만들어지고 바이러스 RNA의 복제가 시작되어 새로운 바이러스가 생성된다.

전자현미경 하에서

놀랍게도 SARS-CoV-2(신종 코로나바이러스)가 발견된 후 불과 몇 달 만에 이 바이러스의 RNA 의존성 RNA 중합효소(RNA-dependent RNA polymerase) 구조가 드러나 RNA와의 상호 작용에 대한 조사가 진행되었다. 작은 RNA 단편을 동반한 중합효소와 보조 단백질의 구조 결정에는 저온전자현미경(시료를 극히 낮은 온도에서 관찰하는 전자현미경)이 이용되었다. 최초로 풀린 구조는 PDB 엔트리 6yyt(여기에 나타낸 구조), 7c2k, 7bzf, 7bv2, 6x2g로 볼 수 있다. 이들 구조 중에는 중합효소(‘비구조 단백질 12’(non-structural protein 12)를 나타내는 nsp12라는 이름으로도 불림)에 다른 바이러스 단백질 nsp7과 nsp8이 결합된 구조도 포함된다. 이 nsp7과 nsp8은 중합효소가 올바른 위치에 위치해 RNA 사슬의 긴 구간을 복사하는 것을 돕는 작용을 하는 단백질이다.

완벽한 표적

우리 세포에서 RNA로 RNA를 만드는 일은 없기 때문에 이 중합효소는 항바이러스제의 공격 대상으로 유력한 후보가 될 수 있다. 신약을 만들려면 유효성과 안전성을 평가해야 하기 때문에 일반적으로는 완성까지 오랜 시간이 걸린다. 그러나 렘데시비르(remdesivir) 등 중합효소를 표적으로 치험 중인 약이 COVID19(신종 코로나바이러스감염증) 치료제로 재사용되고 있다. 렘데시비르는 간염(hepatitis)과 에볼라(Ebola) 치료용으로 만든 약이지만 별 효과가 없었다. 현재는 SARS-CoV-2에 대한 긴급 사용이 승인됐다.

복제를 시작하게 하다

SARS-CoV에서 얻어진 nsp7과 nsp8의 복합체.
SARS-CoV에서 얻어진 nsp7과 nsp8의 복합체. 고해상도 TIFF 이미지는이쪽。

중합효소가 작용할 때 nsp7과 nsp8이 작용을 돕는데 RNA 사슬의 시작점에 프라이머를 만들어 과정 전체를 시작하는 데도 도움이 된다고 생각된다. 이 구조(PDB 엔트리 2ahm)는 SARS-CoV(SARS 코로나바이러스)에서 얻은 nsp7과 nsp8 복합체로, 큰 고리 모양을 하고 있으며 16개의 사슬로 구성되어 있다. 이것이 RNA 사슬을 둘러쌈으로써 프라이머를 만든다고 생각되고 있다. SARS-CoV-2에서도 비슷한 작용이 일어나고 있는지는 아직 알려지지 않았다.

구조 보기

RNA의존성 RNA 중합효소

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렘데시비르는 활성형 3인산으로 변환된 아데닌 모양 수식 뉴클레오타이드로, 새로 만들어진 RNA 사슬에 부가되어 중합효소의 작용을 저해한다. 이 구조(PDB 엔트리 7bv2)는 새로운 RNA 사슬에 약(녹색)이 부가된 후의 상태를 포착하고 있다. 2개의 마그네슘 이온(자홍색)이 일반적인 중합효소 반응을 돕고 있으며 이 근처에는 피로인산(진한 보라색)도 보인다. 그림 아래의 버튼을 클릭하여 인터랙티브 조작이 가능한 이미지로 전환하고 이 구조를 보다 자세히 살펴보기 바란다.

이해를 높이기 위한 토픽

  1. PDBj에서 RNA 의존성 RNA 중합효소를 검색하여 다른 바이러스에서 유래한 유사한 효소를 살펴보십시오.
  2. 저온전자현미경 맵을 EM Navigator(EMDataBank의 데이터를 보기 위한 PDBj 웹 서비스)에서 확인해 보십시오. 이 서비스에 대한 링크는 각 PDB 엔트리 페이지의 오른쪽 하단 ‘다른 데이터베이스 정보’에 있습니다.

참고문헌

  1. 6yyt Hillen, H.S., Kokic, G., Farnung, L., Dienemann, C., Tegunov, D., Cramer, P. 2020 Structure of replicating SARS-CoV-2 polymerase. Nature DOI:10.1038/s41586-020-2368-8
  2. 7c2k, 7bzf Wang, Q., Wu, J., Wang, H., Gao, Y., Liu, Q., Mu, A., Ji, W., Yan, L., Zhu, Y., Zhu, C., Fang, X., Yang, X., Huang, Y., Gao, H., Liu, F., Ge, J., Sun, Q., Yang, X., Xu, W., Liu, Z., Yang, H., Lou, Z., Jiang, B., Guddat, L.W., Gong, P., Rao, Z. 2020 Structural Basis for RNA Replication by the SARS-CoV-2 Polymerase. Cell 182 1-12
  3. 7bv2 Yin, W., Mao, C., Luan, X., Shen, D.D., Shen, Q., Su, H., Wang, X., Zhou, F., Zhao, W., Gao, M., Chang, S., Xie, Y.C., Tian, G., Jiang, H.W., Tao, S.C., Shen, J., Jiang, Y., Jiang, H., Xu, Y., Zhang, S., Zhang, Y., Xu, H.E. 2020 Structural basis for inhibition of the RNA-dependent RNA polymerase from SARS-CoV-2 by remdesivir. Science 368 1499-1504
  4. 2ahm Zhai, Y.J., Sun, F., Li, X., Pang, H., Xu, X., Bartlam, M., Rao, Z. 2005 Insights into SARS-CoV transcription and replication from the structure of the nsp7-nsp8 hexadecamer. Nat Struct Mol Biol 12 980-986

이 기사는 RCSB PDB의 PDB-101로 제공되고 있는 「Molecule of the Month」의.2020년9월의 기사를 한국어로 번역한 것입니다.전재·인용에 대해서는 이용 규약을 봐 주세요.

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