Strukturel analyse af monkeypox virus H1 dobbelt phosphatase som et pan-poxvirus mål

Strukturel analyse af monkeypox virus H1 dobbelt phosphatase som et pan-poxvirus mål

I en nylig undersøgelse offentliggjort i bioRxiv * Preprint-server: Forskere har fastslået, at krystalstrukturen af ​​monkeypox virus (MPXV) dobbeltspecifik H1-phosphatase (DSP) ved 1,8 Å opløsning er afgørende for virusreplikation, hvilket gør det til et attraktivt antiviralt mål.

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

Denne nyhedsartikel var en gennemgang af en foreløbig videnskabelig rapport, der ikke var blevet peer-reviewed på tidspunktet for offentliggørelsen. Siden den første udgivelse er den videnskabelige rapport nu blevet peer-reviewet og accepteret til offentliggørelse i et akademisk tidsskrift. Links til de foreløbige og peer-reviewede rapporter kan findes i afsnittet Kilder i slutningen af ​​denne artikel. Se kilder

Antallet af MPX-tilfælde fortsætter med at stige hver time på verdensplan, hvilket retfærdiggør behovet for udvikling af effektive antivirale lægemidler og vacciner til at forbedre den globale beredskab til MPX og indeholde virusinfektioner. H1 er essentiel for MPXV-replikation, da det dephosphorylerer proteiner såsom A14, F18, A17 og signaltransducer og aktivator af transkription 1 (STAT1) og hæmmer interferon (IFN) signalering. Det er vigtigt, at HI bevares blandt poxvirus og kan derfor målrettes mod udviklingen af ​​brede antivirale midler.

Om studiet

I denne undersøgelse undersøgte forskere H1-krystalstrukturen ved 1,8 Å opløsning for at forbedre forståelsen af ​​MPXV H1-katalyseret dephosphorylering og for at udvikle en præcis model til udvikling af nye antivirale lægemidler.

Deoxyribonukleinsyren (DNA), der koder for H1 fra det nuværende MPXV-udbrud MPXV_USA_2022_MA001-isolat i 2022 blev syntetiseret og klonet ind i en ekspressionsplasmidvektor, som blev verificeret ved sekventering. H1 blev udtrykt i Escherichia coli BL21 (eller DE3) celler, og H1-udtrykkende bakterier blev lyseret, hvorefter proteinet blev underkastet kromatografisk analyse.

H1 blev krystalliseret under anvendelse af den siddende dråbedampdiffusionsteknik, og krystallerne blev underkastet røntgendiffraktionsanalyse. H1-strukturen blev bestemt ved anvendelse af den molekylære erstatningsteknik med vacciniavirus H1-strukturen som en søgemodel. En strukturel sammenligning med humane proteintyrosinphosphataser (PTP)/DSP-phosphataser blev derefter udført.

MPXV-H1-koordinater blev uploadet til Dali-serveren og søgte efter lignende strukturerede proteiner i PDB (proteindatabase) ved hjælp af PDB50-undergruppen. Som et resultat blev strukturer på 30 fosfataser med signifikant strukturel lighed identificeret (Z-score >13). Blandt dem blev to humane phosphataser krystalliseret som dimerer: human dual-specificity phosphatase (hDSP)-5 og 27, og deres dimeriseringsmåder blev sammenlignet.

Resultater

MPXV H1 omfattede 171 rester med velmatchede elektrondensiteter, et asymmetrisk H1-molekyle og to symmetrisk justerede H1-molekyler, der dannede sommerfugleformede og domæne-ombyttede dimerer. Hele H1-strukturen bestod af henholdsvis seks og fire alfa-helixer (α) og beta-strenge (β), med et β-ark arrangeret på siderne mellem helixerne α2 og α3 til α6.

De to aktive steder var placeret i en afstand på 39 Å nær C-terminalerne af den terminale β-streng. Hvert aktivt sted omfattede en cystein (Cys)-arginin (Arg)-asparaginsyre (Asp) triade. I hvert aktivt sted var de konserverede Arg- og Cys-rester lokaliseret i phosphation-bindingsløkken mellem α4- og β4-resterne. Arg116-resten af ​​sløjfen fangede phosphationer, hvis guanidiniumgruppe interagerede med to PO (phosphat-oxygen) molekyler forbundet med hydrogenbindinger.

Arg116-resten sikrede effektiv substratorientering og binding. De N-terminale al-helixer af hver protomer blev udskiftet for at mediere H1-dimeriseringer. α1 helixerne af en enkelt H1 protomer dannede en bundtet struktur med tre α4 til α6 helixer af de tilsvarende promotorer involveret i parring. I bunden af ​​den katalytiske lomme angreb Cys110-resten phosphoratomer under dephosphorylering, hvilket resulterede i den forbigående dannelse af et enzym-phosphat-mellemprodukt, som blev hydrolyseret for at regenerere uorganisk phosphat og enzym.

Svovlatomet i Cys110-resten var placeret parallelt med PO-bindingen, hvilket svarer til bindingen dannet ved regenerering af enzymet. Asp79-resten var involveret i koordinering med vandmolekylet og virkede som en syre, hvilket letter dannelsen og hydrolysen af ​​mellemproduktet. H1-strukturen indikerede således det sidste katalytiske trin før produktfrigivelse.

Overfladen begravet mellem to promotorer var 1000 Å2 fra hinanden og blev stabiliseret ved hydrofobe og hydrofile interaktioner. Serinresterne (Ser)14 og threoninresterne (Thr)15 i α1 viste henholdsvis hydrogenbindinger med histidinrester (His)143 og tyrosinrester (Tyr)142/lysinrester (Lys)159 af den tilsvarende H1-protomer. I modsætning hertil deltog resterne Tyr7, leucin (Leu)11 og Leu12 i hydrofobe bindinger med resterne methionin (Met)135, Leu139, Lys159, isoleucin (Ile)163, valin (Val)167 og Ile168 fra H1-parringen.

Leu136-, Leu139- og Met135-resterne i α5 var modsat af symmetri-associerede dimer-rester for at forlænge den hydrofobe bindingsgrænseflade. α1-resten blev stabiliseret under anvendelse af hydrofobe interaktioner og intramolekylære hydrogenbindinger mellem α1- og α5-resterne. H1-dimeren blev bekræftet i kromatografisk analyse, hvilket indikerer, at dimererne repræsenterede funktionelle tilstande.

MPXV H1 krystalstrukturen afslørede to hotspots for udviklingen af ​​nye antivirale lægemidler. Dimerkontaktstedet er et hotspot, der er unikt for PTP/DSP-molekyler. Inhibering af H1-dimerisering kunne potentielt hæmme dimeriseringen og dephosphoryleringen af ​​den aktiverede STAT1-phosphor-tyrosin-homodimer. Det andet hotspot er det aktive sted, som, selvom det er placeret omkring fosfation-bindingsløkkerne med sammenlignelige rygradsstrukturer, har forskellige sidekæder, og derfor kan substratspecificiteten ændres, hvilket baner vejen for udviklingen af ​​antivirale lægemidler.

Samlet set afslørede undersøgelsesresultaterne den højopløselige H1-krystalstruktur, som giver et solidt grundlag for yderligere mekanistisk analyse og udvikling af nye antivirale lægemidler mod nye virale patogener.

Denne nyhedsartikel var en gennemgang af en foreløbig videnskabelig rapport, der ikke var blevet peer-reviewed på tidspunktet for offentliggørelsen. Siden den første udgivelse er den videnskabelige rapport nu blevet peer-reviewet og accepteret til offentliggørelse i et akademisk tidsskrift. Links til de foreløbige og peer-reviewede rapporter kan findes i afsnittet Kilder i slutningen af ​​denne artikel. Se kilder

Referencer:

• 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.

.