《Cell》疱疹DNA聚合酶如何帮助病毒逃避抗病毒药物

低温电镜结构揭示了单纯疱疹病毒的DNA聚合酶如何与DNA和抗病毒药物相互作用。发现聚合酶在不与核苷酸或药物结合时具有多种构象，抗病毒抗性突变改变了聚合酶的构象动力学。这项工作在一定程度上揭示了为什么某些病毒对抗病毒药物敏感，以及病毒如何变得不受药物影响。

　　

病毒基因组复制的一个共同特征是高突变率，这有助于它们逃避新的治疗方法，并对曾经有效的抗病毒药物产生耐药性。现在，一项新的研究揭示了单纯疱疹病毒(HSV)产生抗药性的机制之一。利用低温电子显微镜(cryo-EM)，研究人员揭示了病毒DNA聚合酶的构象变化如何改变病毒对药物的易感性。

研究人员指出，这些新发现进一步了解了病毒蛋白构象的改变如何促进耐药性，并可能与了解其他病毒的药物有效性和耐药性有关。它还回答了一些长期存在的问题，比如为什么某些病毒而不是其他病毒对抗病毒药物敏感，以及病毒是如何变得不受药物影响的。

“我们的研究结果表明，我们必须考虑的不仅仅是针对典型的药物结合位点，”哈佛医学院微生物学副教授、HHMI研究员Jonathan Abraham博士说。“这确实有助于我们从新的角度看待耐药性。”

这一发现发表在《Cell》杂志，论文题目《Viral DNA polymerase structures reveal mechanisms of antiviral drug resistance》。

据估计，HSV影响着全球数十亿人，众所周知，它是导致唇疱疹和发热水疱的原因，但它也会导致免疫力低下的人严重的眼睛感染、脑炎和肝损伤。此外，单纯疱疹病毒可以在分娩过程中通过产道从母亲传染给婴儿，并导致危及生命的新生儿感染。

众所周知，DNA聚合酶是重要的药物靶点。此外，人们已经做了大量的工作来捕捉它们不同的构象。然而，对聚合酶构象动力学对耐药性影响的详细了解一直缺乏。

单纯疱疹病毒聚合酶是治疗单纯疱疹病毒感染的主要抗病毒药物阿昔洛韦(acyclovir)和用于耐药感染的二线药物foscarnet的靶标。

Abraham的研究小组试图了解聚合酶的改变是如何使病毒不受正常剂量抗病毒药物的影响的，更广泛地说，为什么阿昔洛韦和膦甲酸酯对改变形式的HSV聚合酶并不总是有效。

Abraham说:“多年来，来自各种生物体的许多聚合酶的结构已经确定，但我们仍然不能完全理解是什么使一些聚合酶对某些药物敏感，而不是其他的。我们的研究表明，聚合酶的不同部分如何移动，即它们的构象动力学，是它们对药物相对易感性的关键组成部分。”

利用冷冻电镜技术，研究人员确定了DNA结合的单纯疱疹病毒聚合酶全酶在多种构象中的结构，并与抗病毒药物相互作用。他们说，这些结构揭示了“催化亚基Pol和加工因子UL42如何结合DNA以促进DNA的加工合成。”他们补充说:“出乎意料的是，在没有进入核苷酸的情况下，我们观察到Pol具有多种构象，具有手指结构域采样的封闭状态。”

结合计算模拟的结构分析表明，一些远离药物结合位点的突变通过改变负责关闭药物以阻止DNA复制的聚合酶手指的位置来赋予抗病毒抗性。

这个发现是一个意想不到的转折。到目前为止，科学家们一直认为聚合酶只有在与DNA结合时才会部分关闭，只有在加入脱氧核苷酸时才会完全关闭。然而，事实证明，单纯疱疹病毒聚合酶只要靠近DNA就能完全关闭。这使得无环鸟苷和膦甲酸酯更容易锁定并阻止聚合酶的工作，从而阻止病毒复制。

“我在HSV聚合酶和阿昔洛韦耐药性方面工作了45年，”HMS生物化学和分子药理学教授Donald Coen博士指出。“当时我认为抗性突变将帮助我们了解聚合酶如何识别药物模仿的天然分子的特征。我很高兴这项工作表明我错了，并最终为我们提供了至少一个明确的原因，为什么HSV聚合酶被药物选择性地抑制。”