Analyse structurale de la double phosphatase H1 du virus de la variole du singe en tant que cible pan-poxvirus

Analyse structurale de la double phosphatase H1 du virus de la variole du singe en tant que cible pan-poxvirus

Dans une étude récente publiée dans bioRxiv * Serveur de prépublication : les chercheurs ont déterminé que la structure cristalline de la phosphatase H1 (DSP) double spécifique du virus de la variole du singe (MPXV) à une résolution de 1,8 Å est essentielle à la réplication du virus, ce qui en fait une cible antivirale attrayante.

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

Cet article de presse était une revue d'un rapport scientifique préliminaire qui n'avait pas été évalué par des pairs au moment de la publication. Depuis sa publication initiale, le rapport scientifique a été évalué par des pairs et accepté pour publication dans une revue universitaire. Des liens vers les rapports préliminaires et évalués par des pairs se trouvent dans la section Sources à la fin de cet article. Afficher les sources

Le nombre de cas de MPX continue d’augmenter toutes les heures dans le monde, ce qui justifie la nécessité de développer des traitements antiviraux et des vaccins efficaces pour améliorer la préparation mondiale au MPX et contenir les infections virales. H1 est essentiel pour la réplication du MPXV car il déphosphoryle les protéines telles que A14, F18, A17 et le transducteur de signal et activateur de la transcription 1 (STAT1) et inhibe la signalisation de l'interféron (IFN). Il est important de noter que HI est conservé parmi les poxvirus et peut donc être ciblé pour le développement d’agents antiviraux à grande échelle.

À propos de l'étude

Dans la présente étude, les chercheurs ont examiné la structure cristalline H1 à une résolution de 1,8 Å pour améliorer la compréhension de la déphosphorylation catalysée par MPXV H1 et développer un modèle précis pour le développement de nouveaux médicaments antiviraux.

L’acide désoxyribonucléique (ADN) codant pour H1 de l’isolat MPXV_USA_2022_MA001 de l’épidémie actuelle de MPXV en 2022 a été synthétisé et cloné dans un vecteur plasmidique d’expression, qui a été vérifié par séquençage. H1 a été exprimé dans des cellules Escherichia coli BL21 (ou DE3) et les bactéries exprimant H1 ont été lysées, après quoi la protéine a été soumise à une analyse chromatographique.

H1 a été cristallisé en utilisant la technique de diffusion de vapeur en gouttes assises et les cristaux ont été soumis à une analyse par diffraction des rayons X. La structure H1 a été déterminée en utilisant la technique de remplacement moléculaire avec la structure H1 du virus de la vaccine comme modèle de recherche. Une comparaison structurelle avec les protéines tyrosine phosphatases (PTP)/DSP phosphatases humaines a ensuite été réalisée.

Les coordonnées MPXV-H1 ont été téléchargées sur le serveur Dali et recherchées des protéines structurées de manière similaire dans la PDB (base de données sur les protéines) à l'aide du sous-ensemble PDB50. En conséquence, des structures de 30 phosphatases présentant une similitude structurelle significative ont été identifiées (scores Z > 13). Parmi elles, deux phosphatases humaines ont été cristallisées sous forme de dimères : les phosphatases humaines à double spécificité (hDSP)-5 et 27, et leurs modes de dimérisation ont été comparés.

Résultats

MPXV H1 comprenait 171 résidus avec des densités électroniques bien adaptées, une molécule H1 asymétrique et deux molécules H1 alignées symétriquement, formant des dimères en forme de papillon et à domaine échangé. L'ensemble de la structure H1 était constitué de six et quatre hélices alpha (α) et brins bêta (β), respectivement, avec une feuille β disposée sur les côtés entre les hélices α2 et α3 à α6.

Les deux sites actifs étaient situés à une distance de 39 Å près des terminaisons C du brin β terminal. Chaque site actif comprenait une triade cystéine (Cys)-arginine (Arg)-acide aspartique (Asp). Dans chaque site actif, les résidus Arg et Cys conservés étaient situés dans la boucle de liaison des ions phosphate entre les résidus α4 et β4. Le résidu Arg116 de la boucle a capturé les ions phosphate dont le groupe guanidinium a interagi avec deux molécules PO (phosphate-oxygène) reliées par des liaisons hydrogène.

Le résidu Arg116 assurait une orientation et une liaison efficaces du substrat. Les hélices α1 N-terminales de chaque protomère ont été échangées pour médier les dimérisations H1. Les hélices α1 d'un seul protomère H1 formaient une structure groupée avec trois hélices α4 à α6 des promoteurs correspondants impliqués dans l'appariement. À la base de la poche catalytique, le résidu Cys110 a attaqué les atomes de phosphore lors de la déphosphorylation, entraînant la formation transitoire d'un intermédiaire enzyme-phosphate, qui a été hydrolysé pour régénérer le phosphate inorganique et l'enzyme.

L'atome de soufre du résidu Cys110 était positionné parallèlement à la liaison PO, qui correspond à la liaison formée lors de la régénération de l'enzyme. Le résidu Asp79 était impliqué en coordination avec la molécule d’eau et agissait comme un acide, facilitant la formation et l’hydrolyse de l’intermédiaire. Ainsi, la structure H1 indiquait la dernière étape catalytique avant la libération du produit.

La surface enfouie entre deux promoteurs était distante de 1 000 Å2 et était stabilisée par des interactions hydrophobes et hydrophiles. Les résidus sérine (Ser) 14 et thréonine (Thr) 15 dans α1 présentaient des liaisons hydrogène avec les résidus histidine (His) 143 et les résidus tyrosine (Tyr) 142/lysine (Lys) 159 du protomère H1 correspondant, respectivement. En revanche, les résidus Tyr7, leucine (Leu) 11 et Leu12 ont participé aux liaisons hydrophobes avec les résidus méthionine (Met) 135, Leu139, Lys159, isoleucine (Ile) 163, valine (Val) 167 et Ile168 de l'appariement H1.

Les résidus Leu136, Leu139 et Met135 dans α5 ont été opposés par des résidus dimères associés à la symétrie pour étendre l'interface de liaison hydrophobe. Le résidu α1 a été stabilisé à l'aide d'interactions hydrophobes et de liaisons hydrogène intramoléculaires entre les résidus α1 et α5. Le dimère H1 a été confirmé par analyse chromatographique, indiquant que les dimères représentaient des états fonctionnels.

La structure cristalline du MPXV H1 a révélé deux points chauds pour le développement de nouveaux médicaments antiviraux. Le site de contact du dimère est un point chaud propre aux molécules PTP/DSP. L'inhibition de la dimérisation H1 pourrait potentiellement inhiber la dimérisation et la déphosphorylation de l'homodimère phosphore-tyrosine STAT1 activé. Le deuxième point chaud est le site actif qui, bien que situé autour des boucles de liaison des ions phosphate avec des structures de squelette comparables, possède des chaînes latérales différentes et, par conséquent, la spécificité du substrat peut être modifiée, ouvrant la voie au développement de médicaments antiviraux.

Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont révélé la structure cristalline H1 à haute résolution, qui constitue une base solide pour une analyse mécanistique plus approfondie et le développement de nouveaux médicaments antiviraux contre les agents pathogènes viraux émergents.

Cet article de presse était une revue d'un rapport scientifique préliminaire qui n'avait pas été évalué par des pairs au moment de la publication. Depuis sa publication initiale, le rapport scientifique a été évalué par des pairs et accepté pour publication dans une revue universitaire. Des liens vers les rapports préliminaires et évalués par des pairs se trouvent dans la section Sources à la fin de cet article. Afficher les sources

Références :

• 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.

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