Kanał protonowy M2 - M2 proton channel

Model 3D wirionu grypy. (M2 oznaczone na biało.)

(M2), białko macierzy-2 jest protonowej selektywny viroporin , zintegrowany w otoczce wirusa z grypy Wirus. Sam kanał jest homotetramerem (składa się z czterech identycznych jednostek M2), gdzie jednostkami są helisy stabilizowane dwoma wiązaniami dwusiarczkowymi i aktywowane niskim pH. Białko M2 jest kodowane na siódmym segmencie RNA wraz z białkiem M1 . Przewodnictwo protonowe przez białko M2 w grypie A ma zasadnicze znaczenie dla replikacji wirusa.

Wirusy grypy B i C kodują białka o podobnej funkcji, nazwane odpowiednio „BM2” i „CM2”. Mają one niewielkie podobieństwo do M2 na poziomie sekwencji, pomimo podobnej ogólnej struktury i mechanizmu.

Struktura

Grypa_M2
struktura stanu zamkniętego kanału h+ białka m2 metodą spektroskopii NMR w stanie stałym
Identyfikatory
Symbol	Grypa_M2
Pfam	PF00599
InterPro	IPR002089
SCOP2	1mp6 / zakres / SUPFAM
TCDB	1.A.19
Nadrodzina OPM	185
Białko OPM	2kqt
Dostępne struktury białkowe: Pfam   konstrukcje / ECOD   WPB WPB RCSB ; PDBe ; PDBj Suma PDB podsumowanie struktury

W wirusie grypy A jednostka białka M2 składa się z trzech segmentów białkowych zawierających 97 reszt aminokwasowych: (i) zewnątrzkomórkowa domena N-końcowa (reszty 1–23); (ii) segment przezbłonowy (TMS) (reszty 24-46); (iii) wewnątrzkomórkowa domena C-końcowa (reszty 47–97). TMS tworzy pory kanału jonowego. Ważnymi pozostałościami są imidazol His37 (czujnik pH) i indol Trp41 (bramka). Ta domena jest celem leków przeciwgrypowych, amantadyny i jej etylowej pochodnej rymantadyny , a także prawdopodobnie metylowej pochodnej rymantadyny, adaprominy . Pierwsze 17 reszt ogona cytoplazmatycznego M2 tworzy wysoce konserwatywną helisę amfipatyczną .

Amfipatyczne reszty helisy (46–62) w obrębie ogona cytoplazmatycznego odgrywają rolę w pączkowaniu i składaniu wirusa . Wirus grypy wykorzystuje te amfipatyczne helisy w M2 do zmiany krzywizny błony w pączkującej szyi wirusa w sposób zależny od cholesterolu. Reszty 70-77 ogona cytoplazmatycznego są ważne dla wiązania się z M1 i wydajnej produkcji zakaźnych cząstek wirusa. Region ten zawiera również domenę wiążącą kaweolinę (CBD). C-końcowy koniec kanału rozciąga się w pętlę (reszty 47-50), która łączy domenę transbłonową z C-końcową helisą amfipatyczną . (46-62). Opisano dwie różne struktury o wysokiej rozdzielczości skróconych form M2: strukturę krystaliczną zmutowanej postaci regionu transbłonowego M2 (reszty 22–46), a także dłuższą wersję białka (reszty 18–60) zawierającą region transbłonowy i segment domeny C-końcowej badane za pomocą magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR).

Te dwie struktury sugerują również różne miejsca wiązania dla klasy adamantanowej leków przeciwgrypowych. Zgodnie ze strukturą krystaliczną niskiego pH pojedyncza cząsteczka amantadyny wiąże się w środku poru, otoczona resztami Val27, Ala30, Ser31 i Gly34. W przeciwieństwie do tego, struktura NMR wykazała, że ​​cztery cząsteczki rimantadyny wiążą się z lipidową zewnętrzną powierzchnią porów, oddziałując z resztami Asp44 i Arg45. Jednak niedawna struktura spektroskopii NMR w stanie stałym pokazuje, że kanał M2 ma dwa miejsca wiązania amantadyny, jedno miejsce o wysokim powinowactwie znajduje się w świetle N-końcowym, a drugie miejsce o niskim powinowactwie na powierzchni białka C-końcowego.

Przewodnictwo i selektywność protonów

Kanał jonowy M2 obu wirusów grypy A jest wysoce selektywny dla protonów. Kanał jest aktywowany niskim pH i ma niską przewodność. Reszty histydyny w pozycji 37 (His37) są odpowiedzialne za tę selektywność protonową i modulację pH. Gdy His37 zostanie zastąpiony glicyną, alaniną, kwasem glutaminowym, seryną lub treoniną, aktywność selektywna wobec protonów zostaje utracona, a mutant może również transportować jony Na ⁺ i K ⁺ . Gdy bufor imidazolowy jest dodany do komórek wyrażających zmutowane białka, selektywność jonowa zostaje częściowo przywrócona.

Acharya i in. zasugerowali, że mechanizm przewodzenia obejmuje wymianę protonów między ugrupowaniami His37 imidazolu M2 a wodami ograniczonymi do wnętrza wiązki M2. Cząsteczki wody w porach tworzą sieci wiązań wodorowych lub „przewody wodne” od wejścia kanału do His37. Grupy karbonylowe wyścielające pory są dobrze usytuowane, aby stabilizować jony hydroniowe poprzez interakcje drugiej powłoki obejmujące mostkujące cząsteczki wody. Zbiorcza zmiana orientacji wiązań wodorowych może przyczynić się do kierunkowości strumienia protonów, ponieważ His37 jest dynamicznie protonowany i deprotonowany w cyklu przewodzenia. Reszty His37 tworzą strukturę podobną do pudełka, otoczoną z obu stron skupiskami wody, w pobliżu których znajdują się dobrze uporządkowane atomy tlenu. Konformacja białka, która jest pośrednia między strukturami wcześniej rozwiązanymi przy wyższym i niższym pH, sugeruje mechanizm, dzięki któremu zmiany konformacyjne mogą ułatwiać asymetryczną dyfuzję przez kanał w obecności gradientu protonów. Co więcej, protony dyfundujące przez kanał nie muszą być zlokalizowane w pojedynczym imidazolu His37, ale zamiast tego mogą być zdelokalizowane na całym obszarze His-box i związanych z nim klasterach wody.

Funkcjonować

Białko kanału M2 jest niezbędnym składnikiem otoczki wirusa ze względu na jego zdolność do tworzenia wysoce selektywnego, regulowanego przez pH kanału przewodzącego protony. Kanał protonowy M2 utrzymuje pH przez otoczkę wirusa podczas wnikania do komórki i przez błonę trans aparatu Golgiego zainfekowanych komórek podczas dojrzewania wirusa. Gdy wirus wnika do komórki gospodarza przez endocytozę za pośrednictwem receptora , następuje zakwaszenie endosomów . To niskie pH aktywuje kanał M2, który wprowadza protony do rdzenia wirionu. Zakwaszenie wnętrza wirusa prowadzi do osłabienia oddziaływań elektrostatycznych i prowadzi do dysocjacji pomiędzy kompleksami M1 i wirusowej rybonukleoproteiny (RNP). Późniejsza fuzja błon uwalnia niepowleczone RNP do cytoplazmy, która jest importowana do jądra w celu rozpoczęcia replikacji wirusa.

Po jego syntezie w zakażonej komórce gospodarza, M2 jest wstawiany do retikulum endoplazmatycznego (ER) i transportowany na powierzchnię komórki przez sieć trans aparatu Golgiego (TGN). W kwasowym TGN M2 transportuje jony H ⁺ ze światła i utrzymuje konfigurację metastabilną hemaglutyniny (HA). Na lokalizacji TGN aktywność kanałów jonowych M2 PROTEIN został pokazany skutecznie aktywować NLRP3 inflammasome sygnalizacyjną.

Inne ważne funkcje M2 to jego rola w tworzeniu nitkowatych szczepów grypy, rozerwaniu błony i uwalnianiu pączkującego wirionu. M2 stabilizuje miejsce pączkowania wirusa, a mutacje M2, które uniemożliwiają jego wiązanie z M1 mogą zaburzać tworzenie włókien w miejscu pączkowania.

Reakcja transportowa

Uogólniona reakcja transportu katalizowana przez kanał M2 to:

H ⁺ (na zewnątrz) ⇌ H ⁺ (w)

Hamowanie i odporność

Transbłonową spiralny tetrameru wirusa grypy A M2 białka w kompleksie z lekiem blokującym kanał amantadyną (na czerwono). Wysoce konserwatywne reszty tryptofanu i histydyny , o których wiadomo, że odgrywają kluczową rolę w pośredniczeniu w transporcie protonów, pokazano jako sztyfty. Z WPB : 3C9J ​.

Lek przeciwwirusowy, amantadyna , jest swoistym blokerem kanału M2 H ⁺ . Lek wiąże się i zamyka centralny por. W obecności amantadyny odsłanianie i demontaż wirusa jest niepełny. Mutacje nadające oporność na leki adamantanowe , w tym amantadynę i rymantadynę , występują w obszarze przezbłonowym i są szeroko rozpowszechnione. Znaczna większość wirusów opornych przenoszenia S 31 N mutacji. Odporność na adamantany wśród krążących wirusów grypy A różni się w zależności od regionu, ale na całym świecie znacznie wzrosła od początku XXI wieku. US CDC wydała informację o tym, że większość krążące szczepy są teraz odporne na dwóch leków dostępnych, a od czerwca 2021 roku, ich stosowanie nie jest zalecane.

Białka grypy B i C M2

Wirusy grypy B i C kodują białka wirionów o podobnej funkcji przenoszenia protonów, nazwanej odpowiednio „BM2” i „CM2”. Mają one niewielkie podobieństwo do M2 na poziomie sekwencji, pomimo podobnej ogólnej struktury i mechanizmu.

BM2

Białko M2 grypy B ma długość 109 reszt, jest homotetramerem i jest funkcjonalnym homologiem białka grypy A. Nie ma prawie żadnej homologii sekwencji między AM2 i BM2 wirusa grypy, z wyjątkiem motywu sekwencji HXXXW w TMS, który jest niezbędny dla funkcjonowania kanału. Jego profil pH przewodnictwa protonowego jest podobny do profilu AM2. Jednak aktywność kanału BM2 jest wyższa niż aktywność AM2, a aktywność BM2 jest całkowicie niewrażliwa na amantadynę i rymantadynę. Struktura kanału grypy B w rozdzielczościach 1,4–1,5 Å, opublikowana w 2020 roku, ujawniła, że ​​mechanizm otwierania kanału różni się od mechanizmu grypy A.

CM2

CM2 może odgrywać rolę w pakowaniu genomu w wirionach. CM2 reguluje pH wewnątrzkomórkowe i jest w stanie zastąpić grypę A M2 w tej zdolności.

Zobacz też

• Struktura genetyczna H5N1

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Białko M2 + wirus grypy + A + w Narodowej Bibliotece Medycyny USA Medical Subject Headings (MeSH)