Wie genau hemmt Remdesivir das virale Zielprotein?

Enzyme, die für den viralen Lebenszyklus lebenswichtig sind, sind ausgezeichnete Ziele für antivirale Medikamente, auch weil sie sich von den Wirtsproteinen unterscheiden. Unter den SARS-CoV-2 Enzymen ist die virale RNA-abhängige RNA-Polymerase (RdRp) derzeit sicherlich eine Hauptzielstrukturen bei der Suche nach replikationshemmenden Wirkstoffkandidaten. Aus diesem Grund ist die genau Kenntnis der Proteinstruktur, aus der sich auch viele Erkenntnisse zur Funktion ableiten lassen, von so großer Bedeutung.

In einer Arbeit, die jetzt in »Science« publiziert wurde, beschreiben Wanchao Yin und Kollegen zwei Strukturen der RdRp von SARS-CoV-2 auf Basis von Kryo-elektronenspektroskopischen Analysen. Die eine Struktur zeigt die Apo-Form des Enzyms, also das Enzym ohne Substrat und Kofaktoren. Hingegen zeigt die zweite Struktur den Funktionskomplex des RdRp-Enzyms mit einer doppelsträngigen Primer/Matrizen-RNA und Remdesivir als inhibierendes Substrat. Remdesivir ist dabei am ersten replizierten Basenpaar kovalent in den Primer-Strang eingebaut. Dadurch wird eine weitere Kettenverlängerung unterbunden.

Beide Modelle zeigen deutlich den Multi-Untereinheiten-Replikations-/Transkriptionskomplex der RdRp, der sich aus verschiedenen viralen Nichtstrukturproteinen (nsp) zusammensetzt. Die Kernkomponente des Komplexes ist die katalytische Untereinheit nsp12, die eigentliche RNA-abhängigen RNA-Polymerase. Diese katalytische Untereinheit alleine zeigt aber nur eine geringe Basisaktivität. Zur Entfaltung der vollen Aktivität sind die akzessorischen Faktoren nsp7 und nsp8 erforderlich. Die Struktur des Apo-RdRp-Komplexes setzt sich aus je einem Molekül nsp12 und nsp7 und zwei Molekülen nsp8 zusammen.

Die Struktur des RdRp-Funktionskomplexes enthält dagegen nur eine nsp8-Untereinheit neben je einer nsp12- und einer nsp7-Untereinheit. Das zweite nsp8-Molekül, das im Apo-Komplex noch gut erkennbar war, war in der EM-Struktur des Funktionskomplexes weitgehend unsichtbar, weshalb es in dem von den Autoren vorgestellten endgültigen Modell nicht berücksichtigt wurde. Darüber hinaus enthält der RdRp-Funktionskomplex einen 14 Basen langen RNA-Matrizen-Strang, einen 11 Basen langen RNA-Primer-Strang und den Inhibitor Remdesivir in seiner Monophosphatform (RMP), der kovalent an das 3`-Ende des Primer-Strangs gebunden ist.