人生沒有用不到的經歷

新冠病毒(SARS-CoV-2)疫情持續燃燒，刺激抗病毒藥物的研發，慶幸的是，1980年HIV出現後，Anti-HIV藥物的研發帶動人類第二次對抗全球傳染病大流行引發之浩劫，第一次無疑是抗生素的發現於二戰結束十年後終結黑死病(鼠疫)大流行。病毒感染無藥可醫的觀念正在破除，HCV(C型肝炎病毒)已經可以自被感染的肝臟根除。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S166557961500037X

新冠病毒寄望於美國Gilead藥廠的Remdesivir，這藥的研發離不開RNA-dependent polymerase，包含：
1. 高等動植物的Telomerase (Telomere reverse transcriptase)：具備RNA-dependent DNA polymerase 及RNA-dependent RNA polymerase活性
2. HBV (B型肝炎病毒—DNA virus)的Polymerase：具備DNA-dependent RNA polymerase及RNA-dependent DNA polymerase活性
3. Retrovirus (如HIV—RNA virus)：具備DNA-dependent RNA polymerase及RNA-dependent DNA polymerase活性
4. 非Retrovirus的RNA virus (如Influenza virus, Hepatitis C virus, SARS-CoV, SARS-CoV-2)：具備RNA-dependent RNA polymerase活性

以上RNA-dependent polymerase 都有一個相似的立體結構：
 
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0139001
如上圖RNA-dependent polymerase -- Palm subdomain，Motif A有NTP (ATP, UTP, CTP, GTP)或dNTP (dATP, dTTP, dCTP, dGTP) 的Phosphate-binding site (Aspartic acid)，是Nucleotide analogue藥物與Polymerase結合的部位；Motif C 有兩個Aspartic acid，是以上各種Polymerase的Catalytic residues。

下面是SARS-CoV的立體結構：
 
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10280-3
SARS-CoV的Polymerase (non-structural protein 12)與另外兩種RNA virus的Polymerase比較，想像一下黃色+紅色+藍色的區塊宛如一隻張開的右手：黃色是手掌(Palm)，紅色是拇指(Thumb)，藍色是其它四根手指頭(Finger)。

各種RNA-dependent polymerase 「Palm」上的Motif A與Motif C胺基酸比對如下圖：
 
 
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14654687
HcoV-229E 是一種能感染人類及蝙蝠的冠狀病毒，SARS-CoV即2003年造成恐慌的SARS冠狀病毒，HCV是C型肝炎病毒，HIV-1是愛滋病毒。Motif A與Motif C上的Aspartic acid (D)可與NTP上的Phosphate結合。

下圖顯示Remdesivir(GS-5734)在HCV polymerase的結合部位(Motif A 是Nucleotide進來的部位)。
 
https://www.nature.com/articles/srep43395
為何要談一下HCV？因為Remdesivir的合成方式是仿照治療C型肝炎的HCV polymerase inhibitor “Sofosbuvir”，兩者都是Nucleoside analogue(NA)接上類似的phosphoramidate side chain (PSC)；PSC可促使NA藥物穿過細胞膜(PSC是抗病毒藥物合成的一大進步)，藥物進入細胞後，PSC會被水解(下圖結構中橘色與綠色的部分)，Remdesivir與Sofosbuvir最後會變成NA-triphosphate。下圖是Remdesivir與Sofosbuvir的結構：
 

Remdesivir是Adenosine analogue (AA)，AA-triphosphate結構如下圖：
       

HCV與SARS-CoV-2的RNA polymerase如何合成RNA？
   
如上圖，N-site是即將加入新的NTP (Incoming NTP)，P-site是已(或將)聚合成(Polymerized)的RNA chain。RNA polymerase palm subdomain Motif A與Motif C 的Aspartate (Asp)-COO^- 經由Mg2⁺與NTP的P-O^-結合，促成NTP加入RNA chain。Remdesivir在細胞內轉變成Adenosine  analogue (AA)-triphosphate，可模擬ATP與Motif A/Motif C結合(如上圖)，AA也可坎進病毒的RNA，RNA-AA之後再加入四個A, U, C, or G鹼基，病毒的RNA合成就會停止，即RNA-AA-(N)₄ ---Chain termination  (N=A, U, C, or G)。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30987343