近日，南开-清华结构导向药物研发联合团队与中国医学科学院北京协和医院朱兰教授团队等单位合作，揭示了冠状病毒转录复制过程中RNA模板循环和RNA加帽的共发生机制，重构了病毒领域对RNA病毒转录复制过程的认知。相关成果《SARS-CoV-2中模板循环与RNA加帽共发生机制的结构基础》发表于《细胞》。清华大学闫利明博士、南开大学黄羽岑研究员等为论文的共同第一作者，清华大学娄智勇教授、南开大学饶子和院士和中国医学科学院北京协和医院朱兰教授为共同通讯作者。

RNA病毒是一种极其简单但高效的生命形式。在生命周期中，RNA病毒利用有限的基因组，编码几个到十几个蛋白质，即可完成高效扩增，这要求病毒基因组必须能够高效的循环使用。同时，转录形成的新生RNA 5’端带有三磷酸基团，一旦释放到宿主细胞中，会迅速激活宿主细胞的先天免疫反应，因此必须立即对其5’端的三磷酸基团进行加工，形成“帽”（Cap）结构，从而逃逸宿主天然免疫的攻击。虽然基因组的高效重复使用、RNA加帽是RNA病毒生命过程中最核心、最基础的生物学事件，但自从100多年前发现第一种RNA病毒至今，这两个过程协同发生的机制一直是病毒学领域的关键未解之谜。

研究团队通过设计具有配对双链的RNA骨架，利用高活性的新冠病毒解旋酶和其他转录复制酶，共同组装成“加帽起始前状态”复合体。复合体中，由聚合酶nsp12催化位点延伸出来的“模板-产物”双链RNA被另一个的延伸复合体中的解旋酶解开为单链，重新作为模板进行RNA合成，从而实现了模板RNA的循环再利用。此外，团队首次确定了冠状病毒解旋酶3’-5’的解旋极性，明确了解旋的关键结构单元，展现了由ATP水解驱动的双链RNA解旋动态过程。

随后，研究团队设计合成了具有非配对双链的RNA骨架，通过在体系中加入nsp9蛋白，捕捉到“加帽起始后状态”的复合体。加入nsp9蛋白后，RNA产物链5’端三磷酸集团，和nsp9蛋白N端氨基酸共定位于聚合酶NiRAN结构域的催化位点。表明新生RNA产物链5’端会直接进入nsp12 NiRAN结构域，通过nsp9 RNAylaion介导的方式起始RNA加帽过程，更新了对冠状病毒加帽过程的认知，证明了团队发现的NiRAN催化、以GTP为底物的RNA加帽机制。

该成果重构了对病毒转录复制过程的认识体系，结束了对冠状病毒解旋酶极性、加帽机制等问题长达25年的争论。