Протонный канал М2
Белок Matrix-2 (M2) представляет собой протон -селективный виропорин , встроенный в вирусную оболочку вируса гриппа А. Сам канал представляет собой гомотетрамер (состоит из четырех одинаковых единиц М2), где единицы представляют собой спирали, стабилизированные двумя дисульфидными связями , и активируется низким pH. Белок М2 кодируется на седьмом сегменте РНК вместе с белком М1 . Протонная проводимость белка М2 при гриппе А необходима для репликации вируса.
Вирусы гриппа B и C кодируют белки со схожей функцией, получившие название «BM2» и «CM2» соответственно. Они имеют мало общего с M2 на уровне последовательности, несмотря на схожую общую структуру и механизм. [ 1 ]
Структура
[ редактировать ]| грипп_М2 | |||
|---|---|---|---|
 закрытая структура канала h+ белка m2 по данным твердотельной ЯМР-спектроскопии | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | грипп_М2 | ||
| Пфам | PF00599 | ||
| ИнтерПро | ИПР002089 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1mp6 / СКОПе / СУПФАМ | ||
| TCDB | 1.А.19 | ||
| Суперсемейство OPM | 185 | ||
| белок OPM | 2 тыс. квт | ||
| |||
В вирусе гриппа А белковая единица М2 состоит из трех белковых сегментов, содержащих 97 аминокислотных остатков: (i) внеклеточный N-концевой домен (остатки 1–23); (ii) трансмембранный сегмент (ТМС) (остатки 24–46); (iii) внутриклеточный С-концевой домен (остатки 47–97). ТМС образует пору ионного канала. Важными остатками являются имидазол His37 (сенсор pH) и индол Trp41 (ворота). [ 2 ] Этот домен является мишенью противогриппозных препаратов амантадина и его этилового производного римантадина , а также, вероятно, метилового производного римантадина адапромина . Первые 17 остатков цитоплазматического хвоста М2 образуют высококонсервативную амфипатическую спираль. [ 3 ]
Остатки амфипатической спирали (46–62) в цитоплазматическом хвосте играют роль в почковании и сборке вируса . Вирус гриппа использует эти амфипатические спирали в M2 для изменения кривизны мембраны на отпочковавшейся шейке вируса холестерин-зависимым образом. [ 4 ] Остатки 70–77 цитоплазматического хвоста важны для связывания с M1 и эффективного образования инфекционных вирусных частиц. Эта область также содержит кавеолин- связывающий домен (CBD). С-концевой конец канала переходит в петлю (остатки 47–50), которая соединяет трансмембранный домен с С-концевой амфипатической спиралью. (46–62). Сообщалось о двух различных структурах укороченных форм М2 с высоким разрешением: кристаллическая структура мутированной формы трансмембранной области М2 (остатки 22–46), [ 5 ] а также более длинная версия белка (остатки 18–60), содержащая трансмембранную область и сегмент С-концевого домена, изученная методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР). [ 6 ]
Эти две структуры также предполагают разные сайты связывания противогриппозных препаратов адамантанового класса. В соответствии с кристаллической структурой с низким pH одна молекула амантадина связывается в середине поры, окруженной остатками Val27, Ala30, Ser31 и Gly34. Напротив, структура ЯМР показала, что четыре молекулы римантадина связываются с липидом, обращенным к внешней поверхности поры, взаимодействуя с остатками Asp44 и Arg45. Однако недавняя структура твердотельной ЯМР-спектроскопии показывает, что канал M2 имеет два сайта связывания амантадина: один сайт с высоким сродством находится в просвете N-конца, а второй сайт с низким сродством на поверхности C-концевого белка. [ 7 ]
Протонная проводимость и селективность
[ редактировать ]Ионный канал М2 обоих вирусов гриппа А обладает высокой селективностью к протонам. Канал активируется низким pH и имеет низкую проводимость. [ 8 ] Остатки гистидина в положении 37 (His37) отвечают за селективность протонов и модуляцию pH. Когда His37 заменяется глицином, аланином, глутаминовой кислотой, серином или треонином, протонселективная активность теряется и мутант может транспортировать Na. + и К + ионы тоже. Когда имидазольный буфер добавляется к клеткам, экспрессирующим мутантные белки, ионная селективность частично восстанавливается. [ 9 ]
Ачарья и др. предположили, что механизм проводимости включает обмен протонами между имидазольными фрагментами His37 M2 и водой, находящейся внутри пучка M2. [ 10 ] Молекулы воды внутри поры образуют сети с водородными связями или «водяные провода» от входа в канал к His37. Карбонильные группы, выстилающие поры, хорошо подходят для стабилизации ионов гидроксония посредством взаимодействий на второй оболочке с участием мостиковых молекул воды. Коллективное переключение ориентации водородных связей может способствовать направленности потока протонов, поскольку His37 динамически протонируется и депротонируется в цикле проводимости. [ 11 ] Остатки His37 образуют коробчатую структуру, ограниченную с обеих сторон кластерами воды, рядом с которыми расположены хорошо упорядоченные атомы кислорода. Конформация белка, которая является промежуточной между структурами, ранее решенными при более высоком и низком pH, предполагает механизм, с помощью которого конформационные изменения могут способствовать асимметричной диффузии через канал в присутствии протонного градиента. Более того, протоны, диффундирующие через канал, не обязательно должны быть локализованы в одном имидазоле His37, а вместо этого могут быть делокализованы по всему His-боксу и связанным с ним водным кластерам.
Функция
[ редактировать ]Белок канала М2 является важным компонентом вирусной оболочки из-за его способности образовывать высокоселективный, pH-регулируемый, протонпроводящий канал. Протонный канал М2 поддерживает pH в оболочке вируса во время проникновения в клетку и через мембрану транс-Гольджи инфицированных клеток во время созревания вируса. Когда вирус проникает в клетку-хозяина путем рецептор-опосредованного эндоцитоза , эндосом происходит подкисление . Этот низкий уровень pH активирует канал М2, который доставляет протоны в ядро вириона. Закисление внутренней части вируса приводит к ослаблению электростатического взаимодействия и диссоциации между М1 и комплексами вирусного рибонуклеопротеина (РНП). Последующее слияние мембран высвобождает непокрытые РНП в цитоплазму, которая импортируется в ядро, чтобы начать репликацию вируса.
После синтеза в инфицированной клетке-хозяине М2 встраивается в эндоплазматический ретикулум (ЭР) и транспортируется на поверхность клетки через транс-сеть Гольджи (ТГН). В кислом TGN M2 транспортирует H + ионы выходят из просвета и поддерживают гемагглютинина (НА). метастабильную конфигурацию [ 12 ] Было показано, что в локализации TGN активность ионного канала белка M2 эффективно активирует путь NLRP3 воспалительный . [ 13 ]
Другими важными функциями М2 являются его роль в формировании нитчатых штаммов гриппа, разрыве мембраны и высвобождении почкующегося вириона. М2 стабилизирует сайт отпочкования вируса, а мутации М2, которые предотвращают его связывание с М1, могут нарушать образование филаментов в месте отпочкования.
Транспортная реакция
[ редактировать ]Реакция генерализованного транспорта, катализируемая каналом М2:
- ЧАС + (выход) ⇌ Ч + (в)
Торможение и сопротивление
[ редактировать ]
Противовирусный препарат амантадин является специфическим блокатором M2H. + канал. Препарат связывается и закупоривает центральную пору. [ 14 ] В присутствии амантадина снятие оболочки и разборка вируса являются неполными. [ 15 ] Мутации, придающие устойчивость к адамантановым препаратам, включая амантадин и римантадин , возникают в трансмембранной области и широко распространены. Подавляющее большинство устойчивых вирусов несут S 31 N. мутацию [ 16 ] Устойчивость к адамантану среди циркулирующих вирусов гриппа А варьируется в зависимости от региона, но с начала 2000-х годов она значительно возросла во всем мире. [ 16 ] [ 17 ] Центр по контролю и профилактике заболеваний США опубликовал информацию о том, что большинство циркулирующих штаммов в настоящее время устойчивы к двум доступным препаратам, и по состоянию на июнь 2021 года их использование не рекомендуется. [ 18 ]
Белки М2 гриппа B и C
[ редактировать ]| Протонный канал М2 | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | Грипп_B_M2 | ||
| Пфам | PF04772 | ||
| ИнтерПро | ИПР006859 | ||
| |||
| СМ2 | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | СМ2 | ||
| Пфам | PF03021 | ||
| ИнтерПро | ИПР004267 | ||
| |||
Вирусы гриппа B и C кодируют вирионные белки со схожей функцией передачи протонов, получившие название «BM2» и «CM2» соответственно. Они имеют мало общего с M2 на уровне последовательности, несмотря на схожую общую структуру и механизм. [ 1 ] [ 19 ]
БМ2
[ редактировать ]Белок М2 вируса гриппа В имеет длину 109 остатков, гомотетрамер и является функциональным гомологом белка гриппа А. Гомологии последовательностей между AM2 и BM2 гриппа почти нет, за исключением мотива последовательности HXXXW в TMS, который важен для функции канала. Его профиль pH протонной проводимости аналогичен профилю AM2. Однако активность канала ВМ2 выше, чем у АМ2, а активность ВМ2 совершенно нечувствительна к амантадину и римантадину. [ 1 ] Структура канала гриппа B с разрешением 1,4–1,5 Å, опубликованная в 2020 году, показала, что механизм открытия канала отличается от механизма открытия канала гриппа A. [ 20 ]
СМ2
[ редактировать ]CM2 может играть роль в упаковке генома в вирионах. [ 21 ] CM2 регулирует внутриклеточный pH и способен заменить в этом качестве вирус гриппа A M2. [ 22 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Пилак Р.М., Чоу Дж.Дж. (февраль 2011 г.). «Влияние на протонные каналы М2» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1808 (2): 522–9. дои : 10.1016/j.bbamem.2010.04.015 . ПМК 3108042 . ПМИД 20451491 .
- ^ Тан Ю, Зайцева Ф, Лэмб Р.А., Пинто Л.Х. (октябрь 2002 г.). «Ворота протонного канала М2 вируса гриппа образованы одним остатком триптофана» . Журнал биологической химии . 277 (42): 39880–6. дои : 10.1074/jbc.M206582200 . ПМИД 12183461 .
- ^ Холсингер Л.Дж., Ничани Д., Пинто Л.Х., Лэмб Р.А. (март 1994 г.). «Белок ионного канала М2 вируса гриппа А: структурно-функциональный анализ» . Журнал вирусологии . 68 (3): 1551–63. doi : 10.1128/JVI.68.3.1551–1563.1994 . ПМК 236612 . ПМИД 7508997 .
- ^ Россман Дж.С., Цзин Икс, Лезер Г.П., Лэмб Р.А. (сентябрь 2010 г.). «Белок М2 вируса гриппа опосредует ESCRT-независимое расщепление мембраны» . Клетка . 142 (6): 902–13. дои : 10.1016/j.cell.2010.08.029 . ПМК 3059587 . ПМИД 20850012 .
- ^ Стоуффер А.Л., Ачарья Р., Салом Д., Левин А.С., Ди Костанцо Л., Сото К.С., Терешко В., Нанда В., Стейрук С., ДеГрадо В.Ф. (январь 2008 г.). «Структурные основы функционирования и ингибирования протонного канала вируса гриппа» . Природа . 451 (7178): 596–9. Бибкод : 2008Natur.451..596S . дои : 10.1038/nature06528 . ПМЦ 3889492 . ПМИД 18235504 .
- ^ Шнелл-младший, Чоу Джей-Джей (январь 2008 г.). «Структура и механизм протонного канала М2 вируса гриппа А» . Природа . 451 (7178): 591–5. Бибкод : 2008Natur.451..591S . дои : 10.1038/nature06531 . ПМК 3108054 . ПМИД 18235503 .
- ^ Кэди С.Д., Шмидт-Рор К., Ван Дж., Сото К.С., Деградо В.Ф., Хонг М. (февраль 2010 г.). «Структура сайта связывания амантадина протонных каналов М2 гриппа в липидных бислоях» . Природа . 463 (7281): 689–92. Бибкод : 2010Natur.463..689C . дои : 10.1038/nature08722 . ПМЦ 2818718 . ПМИД 20130653 .
- ^ Молд Дж.А., Ли Х.К., Дудлак К.С., Лир Дж.Д., Пекош А., Лэмб Р.А., Пинто Л.Х. (март 2000 г.). «Механизм протонной проводимости ионного канала М (2) вируса гриппа А» . Журнал биологической химии . 275 (12): 8592–9. дои : 10.1074/jbc.275.12.8592 . ПМИД 10722698 .
- ^ Венкатараман П., Лэмб Р.А., Пинто Л.Х. (июнь 2005 г.). «Химическое спасение мутантов гистидинового селективного фильтра ионного канала М2 вируса гриппа А» . Журнал биологической химии . 280 (22): 21463–72. дои : 10.1074/jbc.M412406200 . ПМИД 15784624 .
- ^ Ачарья Р., Карневале В., Фиорин Г., Левин Б.Г., Полищук А.Л., Баланник В., Самиш И., Лэмб Р.А., Пинто Л.Х., ДеГрадо В.Ф., Кляйн М.Л. (август 2010 г.). «Структура и механизм транспорта протонов через трансмембранный тетрамерный пучок белков М2 вируса гриппа А» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (34): 15075–80. Бибкод : 2010PNAS..10715075A . дои : 10.1073/pnas.1007071107 . ПМЦ 2930543 . ПМИД 20689043 .
- ^ 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 .
- ^ Сакагути Т., Лезер Г.П., Лэмб Р.А. (май 1996 г.). «Активность ионного канала белка М2 вируса гриппа влияет на транспорт через аппарат Гольджи» . Журнал клеточной биологии . 133 (4): 733–47. дои : 10.1083/jcb.133.4.733 . ПМК 2120830 . ПМИД 8666660 .
- ^ Ичинохе Т., Панг И.К., Ивасаки А. (май 2010 г.). «Вирус гриппа активирует воспалительные процессы через внутриклеточный ионный канал М2» . Природная иммунология . 11 (5): 404–10. дои : 10.1038/ni.1861 . ПМЦ 2857582 . ПМИД 20383149 .
- ^ Перейти обратно: а б 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 .
- ^ Гребер У.Ф., Сингх И., Хелениус А. (февраль 1994 г.). «Механизмы снятия покрытия с вируса» (PDF) . Тенденции в микробиологии . 2 (2): 52–6. дои : 10.1016/0966-842X(94)90126-0 . ПМИД 8162442 .
- ^ Перейти обратно: а б Донг Г., Пэн С., Луо Дж., Ван С., Хан Л., Ву Б. и др. (13 марта 2015 г.). «Адамантан-резистентные вирусы гриппа А в мире (1902-2013 гг.): частота и распространение мутаций гена М2» . ПЛОС ОДИН . 10 (3): e0119115. Бибкод : 2015PLoSO..1019115D . дои : 10.1371/journal.pone.0119115 . ПМЦ 4358984 . ПМИД 25768797 .
- ^ Дейде В.М., Сюй X, Брайт Р.А., Шоу М., Смит С.Б., Чжан Ю. и др. (июль 2007 г.). «Наблюдение за устойчивостью к адамантанам среди вирусов гриппа A(H3N2) и A(H1N1), выделенных во всем мире» . Журнал инфекционных болезней . 196 (2): 249–57. дои : 10.1086/518936 . ПМИД 17570112 .
- ^ «Противовирусные препараты против гриппа: Краткое описание для клиницистов» . Центры по контролю и профилактике заболеваний . 6 мая 2021 г. Проверено 14 июня 2021 г.
- ^ Кукол А., Аркин И.Т. (февраль 2000 г.). «Структура трансмембранного домена белка CM2 вируса гриппа C, полученная с помощью сайт-специфического инфракрасного дихроизма и поиска глобальной молекулярной динамики» . Журнал биологической химии . 275 (6): 4225–9. дои : 10.1074/jbc.275.6.4225 . ПМИД 10660588 .
- ^ Мандала В.С., Лофтис А.Р., Щербаков А.А., Пентелюте Б.Л., Хонг М. (февраль 2020 г.). «Атомные структуры закрытого и открытого протонного канала гриппа B M2 раскрывают механизм проводимости» . Структурная и молекулярная биология природы . 27 (2): 160–167. дои : 10.1038/s41594-019-0371-2 . ПМК 7641042 . ПМИД 32015551 . S2CID 211017938 .
- ^ Фурукава Т., Мураки Ю., Нода Т., Такасита Э., Шо Р., Сугавара К., Мацузаки Ю., Симотаи Ю., Хонго С. (февраль 2011 г.). «Роль белка CM2 в цикле репликации вируса гриппа С» . Журнал вирусологии . 85 (3): 1322–9. дои : 10.1128/JVI.01367-10 . ПМК 3020500 . ПМИД 21106743 .
- ^ Стюарт С.М., Пекош А. (январь 2012 г.). «Белок CM2 вируса гриппа C может изменять внутриклеточный pH, а его трансмембранный домен может заменять домен белка M2 вируса гриппа A и поддерживать продукцию инфекционного вируса» . Журнал вирусологии . 86 (2): 1277–81. дои : 10.1128/JVI.05681-11 . ПМЦ 3255851 . ПМИД 21917958 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- M2 + белок, + Грипп + A + вирус в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)