Структурен анализ на двойна фосфатаза H1 на вируса на маймунската шарка като пан-поксвирусна цел

Структурен анализ на двойна фосфатаза H1 на вируса на маймунската шарка като пан-поксвирусна цел

В скорошно проучване, публикувано в bioRxiv * Сървър за предпечат: Изследователите установиха, че кристалната структура на двойна специфична H1 фосфатаза (DSP) на вируса на маймунската шарка (MPXV) при разделителна способност 1,8 Å е критична за репликацията на вируса, което го прави привлекателна антивирусна цел.

Lernen: Kristallstruktur der Affenpocken-H1-Phosphatase, einem antiviralen Wirkstoffziel. Bildnachweis: Die Fuchswerkstatt/Shutterstock

Тази новинарска статия беше преглед на предварителен научен доклад, който не е бил рецензиран от партньори към момента на публикуването. От първоначалното си публикуване научният доклад вече е рецензиран и приет за публикуване в академично списание. Връзки към предварителните и рецензирани доклади могат да бъдат намерени в раздела Източници в края на тази статия. Вижте източниците

Броят на случаите на MPX продължава да се увеличава всеки час в световен мащаб, оправдавайки необходимостта от разработване на ефективни антивирусни терапевтици и ваксини за подобряване на глобалната готовност за MPX и ограничаване на вирусните инфекции. H1 е от съществено значение за репликацията на MPXV, тъй като дефосфорилира протеини като A14, F18, A17 и сигнален трансдюсер и активатор на транскрипция 1 (STAT1) и инхибира сигнализирането на интерферон (IFN). Важно е, че HI се запазва сред поксвирусите и следователно може да бъде насочен за разработването на широки антивирусни средства.

Относно изследването

В настоящото изследване изследователите изследваха кристалната структура на H1 при резолюция 1,8 Å, за да подобрят разбирането на MPXV H1-катализираното дефосфорилиране и да разработят прецизен модел за разработването на нови антивирусни лекарства.

Дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК), кодираща H1 на текущия изолат MPXV_USA_2022_MA001 от огнището на MPXV през 2022 г., беше синтезирана и клонирана в експресионен плазмиден вектор, който беше потвърден чрез секвениране. H1 се експресира в клетки на Escherichia coli BL21 (или DE3) и H1-експресиращите бактерии се лизират, след което протеинът се подлага на хроматографски анализ.

H1 беше кристализиран, като се използва техниката на дифузия на пари в седяща капка и кристалите бяха подложени на рентгенов дифракционен анализ. Структурата на Н1 беше определена с помощта на техниката на молекулярно заместване със структурата на Н1 на ваксиниа вируса като модел за търсене. След това беше извършено структурно сравнение с човешки протеинови тирозин фосфатази (PTP)/DSP фосфатази.

Координатите на MPXV-H1 бяха качени на сървъра на Dali и търсени протеини с подобна структура в PDB (протеинова база данни), използвайки подгрупата PDB50. В резултат на това бяха идентифицирани структури на 30 фосфатази със значително структурно сходство (Z-резултати >13). Сред тях две човешки фосфатази бяха кристализирани като димери: човешка фосфатаза с двойна специфичност (hDSP)-5 и 27 и техните режими на димеризация бяха сравнени.

Резултати

MPXV H1 се състои от 171 остатъка с добре съвпадащи електронни плътности, една асиметрична H1 молекула и две симетрично подредени H1 молекули, образуващи димери с форма на пеперуда и домейни. Цялата H1 структура се състои съответно от шест и четири алфа спирали (α) и бета нишки (β), с β лист, разположен отстрани между спиралите α2 и α3 до α6.

Двете активни места бяха разположени на разстояние от 39 Å близо до С-терминалите на крайната β-верига. Всяко активно място включва триада цистеин (Cys)-аргинин (Arg)-аспарагинова киселина (Asp). Във всяко активно място, запазените Arg и Cys остатъци бяха разположени в веригата за свързване на фосфатни йони между α4 и β4 остатъците. Остатъкът Arg116 от веригата улавя фосфатни йони, чиято гуанидиниева група взаимодейства с две молекули PO (фосфат-кислород), свързани чрез водородни връзки.

Остатъкът Arg116 осигурява ефективна ориентация и свързване на субстрата. N-терминалните α1 спирали на всеки протомер се обменят, за да медиират H1 димеризациите. Спиралите α1 на един H1 протомер образуват снопова структура с три α4 до α6 спирали на съответните промотори, участващи в сдвояването. В основата на каталитичния джоб остатъкът Cys110 атакува фосфорни атоми по време на дефосфорилиране, което води до преходно образуване на ензимно-фосфатен междинен продукт, който се хидролизира за регенериране на неорганичен фосфат и ензим.

Серният атом на Cys110 остатъка е позициониран успоредно на PO връзката, която съответства на връзката, образувана при регенериране на ензима. Остатъкът Asp79 участва в координацията с водната молекула и действа като киселина, улеснявайки образуването и хидролизата на междинния продукт. По този начин структурата H1 показва последната каталитична стъпка преди освобождаването на продукта.

Повърхността, заровена между два промотора, е на разстояние 1000 Å2 и е стабилизирана чрез хидрофобни и хидрофилни взаимодействия. Сериновите остатъци (Ser)14 и треониновите остатъци (Thr)15 в α1 показват водородни връзки с хистидинови остатъци (His)143 и тирозинови остатъци (Tyr)142/лизинови остатъци (Lys)159 на съответния H1 протомер, съответно. Обратно, остатъци Tyr7, левцин (Leu) 11 и Leu12 участват в хидрофобни връзки с остатъци метионин (Met) 135, Leu139, Lys159, изолевцин (Ile) 163, валин (Val) 167 и Ile168 от H1 сдвояването.

Остатъците Leu136, Leu139 и Met135 в α5 се противопоставят на димерни остатъци, свързани със симетрия, за да се разшири хидрофобният свързващ интерфейс. Остатъкът α1 се стабилизира с помощта на хидрофобни взаимодействия и вътрешномолекулни водородни връзки между остатъците α1 и α5. H1 димерът беше потвърден в хроматографски анализ, което показва, че димерите представляват функционални състояния.

Кристалната структура на MPXV H1 разкрива две горещи точки за разработването на нови антивирусни лекарства. Контактното място на димера е гореща точка, уникална за PTP/DSP молекулите. Инхибирането на H1 димеризацията може потенциално да инхибира димеризацията и дефосфорилирането на активирания STAT1 фосфор-тирозинов хомодимер. Втората гореща точка е активното място, което, въпреки че е разположено около бримките за свързване на фосфатни йони със сравними основни структури, има различни странични вериги и следователно специфичността на субстрата може да бъде променена, проправяйки пътя за разработването на антивирусни лекарства.

Като цяло, резултатите от изследването разкриха H1 кристална структура с висока разделителна способност, която осигурява солидна основа за по-нататъшен механичен анализ и разработване на нови антивирусни лекарства срещу възникващи вирусни патогени.

Тази новинарска статия беше преглед на предварителен научен доклад, който не е бил рецензиран от партньори към момента на публикуването. От първоначалното си публикуване научният доклад вече е рецензиран и приет за публикуване в академично списание. Връзки към предварителните и рецензирани доклади могат да бъдат намерени в раздела Източници в края на тази статия. Вижте източниците

препратки:

• Vorläufiger wissenschaftlicher Bericht.
  Wen Cui et al. (2022). Kristallstruktur der Affenpocken-H1-Phosphatase, einem antiviralen Wirkstoffziel. bioRxiv. doi: https://doi.org/10.1101/2022.09.30.510410 https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.09.30.510410v1
• Von Experten begutachteter und veröffentlichter wissenschaftlicher Bericht.
  Cui, Wen, Haojun Huang, Yinkai Duan, Zhi Luo, Haofeng Wang, Tenan Zhang, Henry C Nguyen, et al. 2022. „Kristallstruktur der Monkeypox H1-Phosphatase, einem antiviralen Wirkstoffziel.“ Protein & Zelle, November. https://doi.org/10.1093/procel/pwac051. https://academic.oup.com/proteincell/advance-article/doi/10.1093/procel/pwac051/6805938.

.