Ahvirõugete viiruse H1 topeltfosfataasi kui rõugeviiruse sihtmärgi struktuurianalüüs

Ahvirõugete viiruse H1 topeltfosfataasi kui rõugeviiruse sihtmärgi struktuurianalüüs

aastal avaldatud hiljutises uuringus bioRxiv * Eelprintserver: teadlased tegid kindlaks, et ahvirõugete viiruse (MPXV) kahespetsiifilise H1 fosfataasi (DSP) kristallstruktuur eraldusvõimega 1,8 Å on viiruse replikatsiooni jaoks kriitiline, muutes selle atraktiivseks viirusevastaseks sihtmärgiks.

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

See uudisartikkel oli ülevaade esialgsest teaduslikust aruandest, mida avaldamise ajal ei olnud eelretsenseeritud. Alates selle esialgsest avaldamisest on teaduslikku aruannet nüüdseks eelretsenseeritud ja aktsepteeritud akadeemilises ajakirjas avaldamiseks. Lingid esialgsetele ja eelretsenseeritud aruannetele leiate selle artikli lõpus olevast jaotisest Allikad. Vaata allikaid

MPX-juhtumite arv kasvab kogu maailmas jätkuvalt iga tunni järel, mis õigustab tõhusate viirusevastaste ravimite ja vaktsiinide väljatöötamise vajadust, et parandada ülemaailmset valmisolekut MPX-i jaoks ja viirusnakkusi ohjeldada. H1 on MPXV replikatsiooni jaoks hädavajalik, kuna see defosforüülib selliseid valke nagu A14, F18, A17 ja signaalimuundurit ja transkriptsiooni 1 aktivaatorit (STAT1) ning inhibeerib interferooni (IFN) signaaliülekannet. Oluline on see, et HI on rõugeviiruste seas konserveerunud ja seetõttu võib seda sihtida laiaulatuslike viirusevastaste ainete väljatöötamiseks.

Uuringu kohta

Käesolevas uuringus uurisid teadlased H1 kristallstruktuuri eraldusvõimega 1,8 Å, et parandada MPXV H1-katalüüsitud defosforüülimise mõistmist ja töötada välja täpne mudel uudsete viirusevastaste ravimite väljatöötamiseks.

Praeguse 2022 MPXV puhangu MPXV_USA_2022_MA001 isolaadi H1 kodeeriv desoksüribonukleiinhape (DNA) sünteesiti ja klooniti ekspressiooniplasmiidvektorisse, mida kontrolliti sekveneerimisega. H1 ekspresseeriti Escherichia coli BL21 (või DE3) rakkudes ja H1 ekspresseerivad bakterid lüüsiti, misjärel tehti valku kromatograafiline analüüs.

H1 kristalliti, kasutades istuva tilga auru difusioonitehnikat ja kristallidele viidi läbi röntgendifraktsioonianalüüs. H1 struktuur määrati molekulaarse asendusmeetodi abil, kasutades otsingumudelina vaktsiiniaviiruse H1 struktuuri. Seejärel viidi läbi struktuurne võrdlus inimese valgu türosiinfosfataasidega (PTP) / DSP fosfataasidega.

MPXV-H1 koordinaadid laaditi üles Dali serverisse ja otsiti PDB-st (valgu andmebaasist) sarnaselt struktureeritud valke, kasutades PDB50 alamhulka. Selle tulemusena tuvastati 30 fosfataasi struktuurid, millel oli oluline struktuurne sarnasus (Z-skoorid> 13). Nende hulgas kristalliseeriti dimeeridena kaks inimese fosfataasi: inimese kahespetsiifiline fosfataas (hDSP)-5 ja 27 ning võrreldi nende dimerisatsioonirežiime.

Tulemused

MPXV H1 sisaldas 171 jääki hästi sobitatud elektrontihedusega, ühte asümmeetrilist H1 molekuli ja kahte sümmeetriliselt joondatud H1 molekuli, moodustades liblikakujulisi ja domeeniga vahetatud dimeere. Kogu H1 struktuur koosnes vastavalt kuuest ja neljast alfa-heeliksist (α) ja beeta-ahelast (β), mille külgedel oli heeliksite α2 ja α3 kuni α6 vahele paigutatud β-leht.

Kaks aktiivset kohta asusid 39 Å kaugusel terminaalse β-ahela C-terminalide lähedal. Iga aktiivne sait sisaldas tsüsteiini (Cys)-arginiini (Arg)-asparagiinhappe (Asp) triaadi. Igas aktiivses kohas paiknesid konserveerunud Arg- ja Cys-jäägid fosfaadiioonide sidumisahelas α4 ja β4 jääkide vahel. Silmuse Arg116 jääk püüdis kinni fosfaatioonid, mille guanidiinirühm interakteerub kahe PO (fosfaat-hapniku) molekuliga, mis on ühendatud vesiniksidemetega.

Arg116 jääk tagas substraadi tõhusa orientatsiooni ja sidumise. H1 dimerisatsioonide vahendamiseks vahetati iga protomeeri N-terminaalsed α1-heeliksid. Ühe H1-protomeeri α1-heeliksid moodustasid kimpustruktuuri, milles oli sidumises osalevate vastavate promootorite kolm α4- kuni α6-heeliksit. Katalüütilise tasku põhjas ründas Cys110 jääk defosforüülimise ajal fosfori aatomeid, mille tulemuseks oli mööduv ensüümi-fosfaadi vaheühend, mis hüdrolüüsiti anorgaanilise fosfaadi ja ensüümi regenereerimiseks.

Cys110 jäägi väävliaatom paiknes paralleelselt PO-sidemega, mis vastab ensüümi regenereerimisel tekkinud sidemele. Asp79 jääk oli seotud veemolekuliga koordineerimisega ja toimis happena, hõlbustades vaheühendi moodustumist ja hüdrolüüsi. Seega näitas H1 struktuur viimast katalüütilist etappi enne toote vabanemist.

Kahe promootori vahele maetud pind oli teineteisest 1000 Å2 kaugusel ja stabiliseeriti hüdrofoobsete ja hüdrofiilsete interaktsioonidega. Seriinijäägid (Ser)14 ja treoniinijäägid (Thr)15 α1-s näitasid vesiniksidemeid vastavalt vastava H1 protomeeri histidiinijääkidega (His)143 ja türosiinijääkidega (Tyr)142/lüsiinijääkidega (Lys)159. Seevastu jäägid Tyr7, leutsiin (Leu)11 ja Leu12 osalesid hüdrofoobsetes sidemetes metioniini (Met)135, Leu139, Lys159, isoleutsiini (Ile)163, valiini (Val)167 ja Ile168 jääkidega H1i rõngast.

Leu136, Leu139 ja Met135 jääkidele α5-s vastandusid sümmeetriaga seotud dimeerijäägid, et pikendada hüdrofoobset sidumisliidest. α1 jääk stabiliseeriti hüdrofoobsete interaktsioonide ja α1 ja α5 jääkide vahelisi molekulisiseseid vesiniksidemeid kasutades. H1 dimeer kinnitati kromatograafilises analüüsis, mis näitab, et dimeerid esindasid funktsionaalseid olekuid.

MPXV H1 kristallstruktuur paljastas kaks leviala uudsete viirusevastaste ravimite väljatöötamiseks. Dimeeri kontaktsait on PTP/DSP molekulidele ainulaadne leviala. H1 dimerisatsiooni pärssimine võib potentsiaalselt pärssida aktiveeritud STAT1 fosfori-türosiini homodimeeri dimeriseerumist ja defosforüülimist. Teine leviala on aktiivne koht, mis asub küll võrreldavate karkassistruktuuridega fosfaadiioonide sidumissilmuste ümber, kuid millel on erinevad külgahelad ja seetõttu võib substraadi spetsiifilisus muutuda, sillutades teed viirusevastaste ravimite väljatöötamiseks.

Üldiselt näitasid uuringutulemused kõrge eraldusvõimega H1 kristallstruktuuri, mis annab kindla aluse edasiseks mehhaaniliseks analüüsiks ja uute viirusevastaste ravimite väljatöötamiseks tekkivate viiruspatogeenide vastu.

See uudisartikkel oli ülevaade esialgsest teaduslikust aruandest, mida avaldamise ajal ei olnud eelretsenseeritud. Alates selle esialgsest avaldamisest on teaduslikku aruannet nüüdseks eelretsenseeritud ja aktsepteeritud akadeemilises ajakirjas avaldamiseks. Lingid esialgsetele ja eelretsenseeritud aruannetele leiate selle artikli lõpus olevast jaotisest Allikad. Vaata allikaid

Viited:

• 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.

.