Виропорин
Виропорины представляют собой небольшие и обычно гидрофобные многофункциональные вирусные белки , которые модифицируют клеточные мембраны, тем самым облегчая высвобождение вируса из инфицированных клеток. [ 2 ] [ 3 ] Виропорины способны собираться в олигомерные ионные каналы или поры хозяина клетки- мембраны , делая ее более проницаемой и тем самым облегчая выход вирионов из клетки. Многие виропорины также оказывают дополнительное влияние на клеточный метаболизм и гомеостаз , опосредованное белок-белковыми взаимодействиями с белками клетки-хозяина. [ 3 ] Виропорины не обязательно необходимы для репликации вируса , но они повышают скорость роста. Они встречаются в различных вирусных геномах , но особенно часто встречаются в РНК-содержащих вирусах . Многие вирусы, вызывающие заболевания человека, экспрессируют виропорины. К этим вирусам относятся вирус гепатита С , ВИЧ-1 , вирус гриппа А , полиовирус , респираторно-синцитиальный вирус и SARS-CoV . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
Структура
[ редактировать ]Виропорины обычно имеют небольшой размер - менее 100 или 120 аминокислотных остатков - и содержат по крайней мере одну область, способную сворачиваться в амфипатическую трансмембранную спираль . Некоторые примеры также содержат участки основных аминокислот или участки ароматических аминокислот, которые, как полагают, находятся в межфазной области мембраны. [ 3 ] Олигомеры этих белков, чаще всего тетрамеры , [ 6 ] образуют ионные каналы или поры обычно со слабой ионной селективностью, которые обеспечивают диффузию ионов через клеточную мембрану . Молекулярная архитектура поры, степень ее селективности, степень, в которой она включает липиды из окружающей мембраны, а также наличие частей белка, выходящих за пределы мембраны, - все это различается среди виропоринов и указывает на то, что эти белки имеют разнообразный состав. функциональных ролей. [ 4 ] [ 5 ]
Классификация
[ редактировать ]Предлагаемая схема классификации делит виропорины на четыре класса в зависимости от их топологии и ориентации в мембране. Виропорины класса I обладают единственной трансмембранной спиралью; в классе IA С-конец ориентирован в цитозоль , а в классе IB N-конец ориентирован . Виропорины класса II обладают мотивом спираль-поворот-спираль, при котором обе спирали пересекают мембрану; в классе IIA оба конца ориентированы наружу (внеклеточно или в сторону просвета эндоплазматического ретикулума ), а в классе IIB концы ориентированы в сторону цитозоля. [ 5 ] Возможные исключения из этой схемы существуют, такие как ротавируса белок неструктурный 4 . [ 7 ] [ 8 ]
Функция
[ редактировать ]Существенность
[ редактировать ]Большинство виропоринов не являются незаменимыми , но их отсутствие существенно снижает эффективность размножения вируса. Существуют значительные различия в последствиях истощения виропорина: в то время как вирус гепатита С не способен размножаться без белка р7 виропорина, вирус гриппа А и ВИЧ-1 наблюдают снижение in vitro титра вируса в 10-100 раз в отсутствие их соответствующие виропорины, но сохраняют способность к размножению. [ 4 ] [ 9 ] В большинстве случаев отсутствие виропорина в вирусном геноме можно компенсировать присутствием виропорина в транс , а иногда репликацию вируса можно частично компенсировать присутствием виропорина другого вируса. [ 5 ]
Мембранная проницаемость
[ редактировать ]Наиболее хорошо изученной и общепризнанной функцией виропоринов является проницаемость клеточной мембраны для ионов и небольших растворенных веществ. [ 10 ] До того, как сами виропорины были поняты как класс, было хорошо известно, что многие вирусы вызывают проницаемость мембран в инфицированных клетках; Виропорины, по крайней мере, частично ответственны за этот эффект, особенно когда он возникает на поздних стадиях цикла репликации вируса. [ 2 ] [ 3 ] [ 11 ] Виропорины, экспрессируемые трансгенно , в отсутствие исходного вируса, вызывают тот же эффект, что способствовало открытию виропоринов. [ 5 ] [ 12 ]
В большинстве случаев поры, образуемые виропоринами, неселективны или слабоселективны в отношении определенных ионов или малых молекул. [ 9 ] Однако некоторые примеры демонстрируют сильную избирательность; примеры включают вируса гриппа А белок протонного канала M2 , который высокоселективен в отношении протонов и активен при низком pH , и вируса хлореллы белок Kcv , который селективен в отношении ионов калия . Альтернативный механизм иллюстрируется SARS-CoV белком E , который образует пору, в которую интегрируются мембранные липиды , чьи полярные головные группы влияют на селективность ионов. [ 4 ] Гомологичный белок E SARS-CoV-2 был структурно охарактеризован методом ЯМР твердого тела и обнаружил, что он образует пентамер, проницаемый для катионов . [ 13 ] [ 14 ]
Потеря поляризации мембраны может способствовать выходу вируса посредством различных механизмов, которые действуют на протяжении всего жизненного цикла вируса. У вирусов с оболочкой виропорины не имеют высокой концентрации в вирусной оболочке, но, тем не менее, их присутствие может способствовать проникновению вируса в клетку; Вирус гриппа А представляет собой хорошо изученный пример. Виропорины в мембранах органелл, таких как аппарат Гольджи, могут влиять на внутреннюю среду этих органелл, что может модулировать транспортировку вирусных белков или защищать белки от низкого pH, с которым они в противном случае столкнулись бы в этих клеточных компартментах. У вирусов без оболочки изменений проницаемости мембраны может быть достаточно, чтобы вызвать лизис клеток , тем самым позволяя новым вирионам выйти из клетки. Считается, что у вирусов с оболочкой эффект деполяризации виропоринов способствует почкованию вируса. [ 4 ] [ 5 ] Отмена функции ионных каналов или пор виропоринов либо посредством мутаций , которые блокируют проводимость без нарушения других функций, либо с помощью препаратов, блокирующих каналы, обычно уменьшает или устраняет распространение вируса. [ 4 ]
Репликация генома
[ редактировать ]Большинство вирусов, кодирующих виропорины, могут реплицировать свои геномы в отсутствие виропорина, даже если их размножение затруднено. Однако ротавирусы и пикорнавирусы полагаются на свои виропорины для облегчения образования вироплазмы или специализированных внутриклеточных компартментов, ремоделированных из мембраны эндоплазматического ретикулума , в которых происходит репликация генома. [ 5 ]
Белково-белковые взаимодействия
[ редактировать ]Некоторые виропорины установили функциональные эффекты, оказываемые посредством белок-белковых взаимодействий . Например, ВИЧ-1 виропорин Vpu способствует почкованию вируса посредством взаимодействия с CD4 и тетерином , хотя точный молекулярный механизм этого взаимодействия неизвестен. [ 6 ] [ 7 ] [ 9 ] действует полиомавируса JC Агнопротеин как виропорин в дополнение к другим ролям, опосредованным взаимодействием с вирусными белками, такими как главный капсидный белок VP1 . [ 15 ]
Роль в болезни
[ редактировать ]Факторы вирулентности
[ редактировать ]Виропорины также можно считать факторами вирулентности ; у вирусов, для которых виропорины не являются существенными, их патогенность снижается в отсутствие виропорина сверх уровня, ожидаемого с точки зрения воздействия на распространение вируса. В некоторых случаях эффекты виропоринов, повышающие мембранную проницаемость, активируют воспалительную сому , белковый комплекс , связанный с активацией врожденного иммунитета , который при чрезмерной активности может вызывать симптомы заболевания. [ 4 ]
Онкопротеины
[ редактировать ]В 2012 году сообщалось, что белок вируса папилломы человека 16 Е5 , наименее изученный из трех известных онкогенных белков ВПЧ, представляет собой виропорин. [ 16 ] Это был первый известный пример онкогенного виропорина. [ 7 ]
Цели по наркотикам
[ редактировать ]Поскольку некоторые виропорины необходимы для распространения вируса, их часто считают привлекательными мишенями для разработки противовирусных препаратов. [ 3 ] [ 9 ] Хотя сообщалось, что многие химические соединения влияют на функции ионных каналов различных виропоринов, их клиническое применение сравнительно редко. Амантадин , который был открыт в 1960-х годах и в течение некоторого времени использовался в клинических целях против гриппа А , является примером препарата, нацеленного на виропорин; [ 4 ] [ 17 ] [ 18 ] однако Кокрейновский обзор 2014 года не выявил пользы от его использования у детей и пожилых людей. [ 19 ] Центры по контролю и профилактике заболеваний США не рекомендуют препараты этого класса из-за широко распространенных резистентности мутаций . [ 20 ]
Примеры
[ редактировать ]Виропорины можно обнаружить во многих вирусах с различной геномной организацией и механизмами репликации.
Эта таблица представляет собой совокупность Таблицы 1 из Gonzalez et al. 2003, [ 3 ] Таблица 1 от Wang et al. 2011, [ 6 ] и Таблица 1, Блок 1 и Блок 2 от Nieva et al. 2012. [ 5 ]
См. также
[ редактировать ]- Холины — небольшие порообразующие трансмембранные белки, продуцируемые дцДНК . бактериофагами
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Томастон Дж.Л., Альфонсо-Прието М., Уолдайес Р.А., Фрейзер Дж.С., Кляйн М.Л., Фиорин Г., ДеГрадо В.Ф. (ноябрь 2015 г.). «Структуры канала М2 вируса гриппа А с высоким разрешением показывают динамические пути стабилизации и трансдукции протонов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (46): 14260–5. Бибкод : 2015PNAS..11214260T . дои : 10.1073/pnas.1518493112 . ПМЦ 4655559 . ПМИД 26578770 .
- ^ Jump up to: а б Карраско Л. (август 1995 г.). «Модификация проницаемости мембран вирусами животных» . Достижения в области исследования вирусов . 45 : 61–112. дои : 10.1016/S0065-3527(08)60058-5 . ISBN 9780120398454 . ПМК 7131156 . ПМИД 7793329 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Гонсалес М.Э., Карраско Л. (сентябрь 2003 г.). «Виропорины» . Письма ФЭБС . 552 (1): 28–34. дои : 10.1016/S0014-5793(03)00780-4 . hdl : 20.500.12105/7778 . ПМИД 12972148 . S2CID 209557930 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Ньето-Торрес Х.Л., Вердиа-Багена К., Кастаньо-Родригес К., Агилелла В.М., Энхуанес Л. (июль 2015 г.). «Значение активности ионных каналов виропорина на репликацию и патогенез вируса» . Вирусы . 7 (7): 3552–73. дои : 10.3390/v7072786 . ПМК 4517115 . ПМИД 26151305 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Ниева Х.Л., Мадан В., Карраско Л. (июль 2012 г.). «Виропорины: строение и биологические функции» . Обзоры природы. Микробиология . 10 (8): 563–74. дои : 10.1038/nrmicro2820 . ПМК 7097105 . ПМИД 22751485 .
- ^ Jump up to: а б с д Ван К., Се С., Сунь Б. (февраль 2011 г.). «Вирусные белки функционируют как ионные каналы» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1808 (2): 510–5. дои : 10.1016/j.bbamem.2010.05.006 . ПМЦ 7094589 . ПМИД 20478263 .
- ^ Jump up to: а б с Луис Ниева Дж., Карраско Л. (октябрь 2015 г.). «Виропорины: структуры и функции за пределами проницаемости клеточных мембран» . Вирусы . 7 (10): 5169–71. дои : 10.3390/v7102866 . ПМЦ 4632374 . ПМИД 26702461 .
- ^ Ху Л., Кроуфорд С.Э., Хайсер Дж.М., Эстес М.К., Прасад Б.В. (август 2012 г.). «Неструктурные белки ротавируса: строение и функции» . Современное мнение в вирусологии . 2 (4): 380–8. дои : 10.1016/j.coviro.2012.06.003 . ПМЦ 3422752 . ПМИД 22789743 .
- ^ Jump up to: а б с д Гонсалес М.Е. (август 2015 г.). «Белок Vpu: виропорин, кодируемый ВИЧ-1» . Вирусы . 7 (8): 4352–68. дои : 10.3390/v7082824 . ПМК 4576185 . ПМИД 26247957 .
- ^ Гонсалес М.Э., Карраско Л. (2005). «Вирусные белки, повышающие проницаемость мембран». В Фишере ВБ (ред.). Вирусные мембранные белки: структура, функции и дизайн лекарств . Нью-Йорк: Издательство Kluwer Academic/Plenum. стр. 79–90. дои : 10.1007/0-387-28146-0_6 . ISBN 978-0-387-28146-9 . S2CID 81259776 .
- ^ Карраско Л., Отеро М.Дж., Кастрильо Дж.Л. (1989). «Модификация проницаемости мембран вирусами животных». Фармакология и терапия . 40 (2): 171–212. дои : 10.1016/0163-7258(89)90096-х . ПМИД 2499894 .
- ^ Пинто Л.Х., Холсингер Л.Дж., Лэмб Р.А. (май 1992 г.). «Белок М2 вируса гриппа обладает активностью ионных каналов». Клетка . 69 (3): 517–28. дои : 10.1016/0092-8674(92)90452-I . ПМИД 1374685 . S2CID 3135930 .
- ^ Jump up to: а б Мандала, Венката С.; Маккей, Мэтью Дж.; Щербаков Александр Александрович; Дрегни, Аурелио Дж.; Колокурис, Антониос; Хун, Мэй (декабрь 2020 г.). «Структура и связывание лекарственного средства трансмембранного домена оболочечного белка SARS-CoV-2 в липидных бислоях» . Структурная и молекулярная биология природы . 27 (12): 1202–1208. дои : 10.1038/s41594-020-00536-8 . ПМЦ 7718435 . ПМИД 33177698 .
- ^ Jump up to: а б Цао, Ипэн; Ян, Руи; Ли, Имшик; Чжан, Венвэнь; Сунь, Джиана; Ван, Вэй; Мэн, Сянфэй (июнь 2021 г.). «Характеристика белка E SARS-CoV-2: последовательность, структура, виропорин и ингибиторы» . Белковая наука . 30 (6): 1114–1130. дои : 10.1002/pro.4075 . ПМЦ 8138525 . ПМИД 33813796 .
- ^ Сузуки Т., Орба Ю., Окада Ю., Сунден Ю., Кимура Т., Танака С., Нагасима К., Холл В.В., Сава Х. (март 2010 г.). «Агнопротеин вируса полиомы человека JC действует как виропорин» . ПЛОС Патогены . 6 (3): e1000801. дои : 10.1371/journal.ppat.1000801 . ПМК 2837404 . ПМИД 20300659 .
- ^ Уэтерилл Л.Ф., Холмс К.К., Вероу М., Мюллер М., Хауэлл Г., Харрис М., Фишвик С., Стоунхаус Н., Фостер Р., Блэр Дж.Е., Гриффин С., Макдональд А. (май 2012 г.). «Онкопротеин Е5 вируса папилломы человека высокого риска проявляет каналообразующую активность, чувствительную к низкомолекулярным ингибиторам» . Журнал вирусологии . 86 (9): 5341–51. дои : 10.1128/JVI.06243-11 . ПМЦ 3347351 . ПМИД 22357280 .
- ^ Oxford JS (январь 2007 г.). «Противовирусные средства для лечения и профилактики эпидемического и пандемического гриппа» . Грипп и другие респираторные вирусы . 1 (1): 27–34. дои : 10.1111/j.1750-2659.2006.00006.x . ПМЦ 4634659 . ПМИД 19453477 .
- ^ Оксфорд Дж. С., Гэлбрейт А. (1980). «Противовирусная активность амантадина: обзор лабораторных и клинических данных». Фармакология и терапия . 11 (1): 181–262. дои : 10.1016/0163-7258(80)90072-8 . ПМИД 6159656 .
- ^ Алвес Гальван М.Г., Роша Криспино Сантос М.А., Алвес да Кунья А.Ж. (ноябрь 2014 г.). «Амантадин и ремантадин при гриппе А у детей и пожилых людей» . Кокрановская база данных систематических обзоров . 2014 (11): CD002745. дои : 10.1002/14651858.CD002745.pub4 . ПМК 7093890 . ПМИД 25415374 .
- ^ «Противовирусные препараты против гриппа: Краткое описание для клиницистов» . Центры по контролю и профилактике заболеваний . 6 мая 2021 г. Проверено 14 июня 2021 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- СМИ, связанные с Виропорином, на Викискладе?