A majomhimlő vírus H1 kettős foszfatázának szerkezeti elemzése, mint pánhimlővírus célpontja

A majomhimlő vírus H1 kettős foszfatázának szerkezeti elemzése, mint pánhimlővírus célpontja

Egy nemrégiben megjelent tanulmányban bioRxiv * Preprint szerver: A kutatók megállapították, hogy a majomhimlővírus (MPXV) kettős specifikus H1-foszfatáz (DSP) kristályszerkezete 1,8 Å felbontással kritikus fontosságú a vírusreplikáció szempontjából, így vonzó vírusellenes célpont.

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

Ez a hírcikk egy előzetes tudományos jelentés áttekintése volt, amelyet a közzététel időpontjában még nem értékeltek szakértők. Az első megjelenés óta a tudományos jelentést szakértői lektoráltak, és elfogadták egy tudományos folyóiratban való közzétételre. Az előzetes és a lektorált jelentésekre mutató hivatkozások a cikk végén található Források részben találhatók. Források megtekintése

Az MPX esetek száma világszerte óránként növekszik, ami indokolja a hatékony vírusellenes terápiák és vakcinák kifejlesztésének szükségességét az MPX-re való globális felkészültség javítása és a vírusfertőzések visszaszorítása érdekében. A H1 nélkülözhetetlen az MPXV replikációjához, mivel defoszforilálja az olyan fehérjéket, mint az A14, F18, A17, valamint az 1-es transzkripció jelátalakítója és aktivátora (STAT1), valamint gátolja az interferon (IFN) jelátvitelét. Fontos, hogy a HI konzervált a poxvírusok között, és ezért széles körű vírusellenes szerek kifejlesztésére célozható.

A tanulmányról

Jelen tanulmányban a kutatók a H1 kristályszerkezetét 1,8 Å felbontáson vizsgálták, hogy jobban megértsék az MPXV H1-katalizált defoszforilációját, és pontos modellt dolgozzanak ki új vírusellenes gyógyszerek kifejlesztéséhez.

A jelenlegi 2022 MPXV járványkitörés MPXV_USA_2022_MA001 izolátum H1-et kódoló dezoxiribonukleinsavat (DNS) szintetizáltuk és expressziós plazmid vektorba klónoztuk, amit szekvenálással ellenőriztünk. A H1-et Escherichia coli BL21 (vagy DE3) sejtekben expresszáltuk, és a H1-et expresszáló baktériumokat lizáltuk, majd a fehérjét kromatográfiás analízisnek vetettük alá.

A H1-et ülőcsepp gőzdiffúziós technikával kristályosítottuk, és a kristályokat röntgendiffrakciós analízisnek vetettük alá. A H1 szerkezetét molekuláris helyettesítési technikával határoztuk meg, keresési modellként a vaccinia vírus H1 szerkezetével. Ezt követően szerkezeti összehasonlítást végeztünk humán protein tirozin-foszfatázokkal (PTP)/DSP-foszfatázokkal.

Az MPXV-H1 koordinátákat feltöltöttük a Dali szerverre, és a PDB50 alkészlet segítségével hasonló szerkezetű fehérjéket kerestünk a PDB-ben (protein adatbázis). Ennek eredményeként 30 foszfatáz szerkezetét azonosították, amelyek szerkezeti hasonlóságai jelentősek (Z-pontszám >13). Közülük két humán foszfatázt kristályosítottak ki dimerként: a humán kettős specifitású foszfatázt (hDSP)-5 és 27, és összehasonlítottuk dimerizációs módjukat.

Eredmények

Az MPXV H1 171, jól illeszkedő elektronsűrűségű maradékot, egy aszimmetrikus H1-molekulát és két szimmetrikusan elhelyezett H1-molekulát tartalmazott, amelyek pillangó alakú és doméncserés dimereket alkottak. A teljes H1-struktúra hat, illetve négy alfa-hélixből (α) és béta-szálból (β) állt, az α2 és α3-α6 hélixek között egy β-lappal.

A két aktív hely 39 Å távolságra volt a terminális β-szál C-terminálisai közelében. Mindegyik aktív hely egy cisztein (Cys)-arginin (Arg)-aszparaginsav (Asp) triádot tartalmazott. Mindegyik aktív helyen a konzervált Arg és Cys maradékok az α4 és β4 aminosavak közötti foszfátion-kötő hurokban helyezkedtek el. A hurok Arg116 maradéka foszfát ionokat fogott be, amelyek guanidinium csoportja kölcsönhatásba lép két hidrogénkötéssel összekapcsolt PO (foszfát-oxigén) molekulával.

Az Arg116 maradék hatékony szubsztrátum orientációt és kötést biztosított. Az egyes protomerek N-terminális α1 hélixeit kicseréltük a H1 dimerizáció közvetítésére. Egyetlen H1 protomer α1 hélixei egy kötegelt szerkezetet alkottak a párosításban részt vevő megfelelő promóterek három α4-α6 hélixével. A katalitikus zseb alján a Cys110 maradék megtámadta a foszforatomokat a defoszforiláció során, ami átmenetileg egy enzim-foszfát intermedier képződését eredményezte, amelyet hidrolizálva szervetlen foszfátot és enzimet regeneráltak.

A Cys110 maradék kénatomja a PO-kötéssel párhuzamosan helyezkedett el, ami megfelel az enzim regenerációja során kialakuló kötésnek. Az Asp79-maradék részt vett a vízmolekulával való koordinációban, és savként működött, elősegítve az intermedier képződését és hidrolízisét. Így a H1 szerkezet a termék felszabadulása előtti utolsó katalitikus lépést jelezte.

A két promoter közé eltemetett felület 1000 Å2 távolságra volt egymástól, és hidrofób és hidrofil kölcsönhatások stabilizálták. Az α1-ben lévő szerin (Ser)14 és treoninmaradék (Thr)15 hidrogénkötést mutatott a megfelelő H1 protomer hisztidin-maradékaival (His)143 és tirozin-maradékaival (Tyr)142/lizin-maradékai (Lys)159. Ezzel szemben a Tyr7, leucin (Leu)11 és Leu12 aminosavak hidrofób kötésekben vettek részt a H1-párgyűrűből származó metionin (Met)135, Leu139, Lys159, izoleucin (Ile)163, valin (Val)167 és Ile168 maradékaival.

Az α5-ben található Leu136, Leu139 és Met135 aminosavakat szimmetria-asszociált dimermaradékok ellenezték, hogy meghosszabbítsák a hidrofób kötőfelületet. Az α1 maradékot hidrofób kölcsönhatások és az α1 és α5 csoportok közötti intramolekuláris hidrogénkötések segítségével stabilizálták. A H1 dimert kromatográfiás analízis igazolta, jelezve, hogy a dimerek funkcionális állapotokat képviselnek.

Az MPXV H1 kristályszerkezete két gócpontot tárt fel az új vírusellenes gyógyszerek kifejlesztéséhez. A dimer érintkezési hely a PTP/DSP molekulák egyedi hotspotja. A H1 dimerizáció gátlása potenciálisan gátolhatja az aktivált STAT1 foszfor-tirozin homodimer dimerizációját és defoszforilációját. A második hotspot az aktív hely, amely bár a foszfátion-kötő hurkok körül helyezkedik el, összehasonlítható gerincszerkezettel, eltérő oldalláncokkal rendelkezik, és ezért a szubsztrátspecifitás megváltozhat, megnyitva az utat a vírusellenes gyógyszerek kifejlesztése előtt.

Összességében a vizsgálati eredmények feltárták a nagy felbontású H1 kristályszerkezetet, amely szilárd alapot biztosít a további mechanikai elemzésekhez és új vírusellenes gyógyszerek kifejlesztéséhez a feltörekvő vírusos kórokozók ellen.

Ez a hírcikk egy előzetes tudományos jelentés áttekintése volt, amelyet a közzététel időpontjában még nem értékeltek szakértők. Az első megjelenés óta a tudományos jelentést szakértői lektoráltak, és elfogadták egy tudományos folyóiratban való közzétételre. Az előzetes és a lektorált jelentésekre mutató hivatkozások a cikk végén található Források részben találhatók. Források megtekintése

Referenciák:

• 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.

.