Analiza structurală a fosfatazei duale H1 a virusului variolei maimuțelor ca țintă pan-poxvirus

Analiza structurală a fosfatazei duale H1 a virusului variolei maimuțelor ca țintă pan-poxvirus

Într-un studiu recent publicat în bioRxiv * Server Preprint: Cercetătorii au stabilit că structura cristalină a fosfatazei H1 cu dublă specificitate (DSP) a virusului maimuței (MPXV) la o rezoluție de 1,8 Å este critică pentru replicarea virusului, făcându-l o țintă antivirală atractivă.

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

Acest articol de știri a fost o revizuire a unui raport științific preliminar care nu a fost revizuit de colegi la momentul publicării. De la publicarea sa inițială, raportul științific a fost acum revizuit de colegi și acceptat pentru publicare într-o jurnal academic. Link-uri către rapoartele preliminare și revizuite de colegi pot fi găsite în secțiunea Surse de la sfârșitul acestui articol. Vizualizați sursele

Numărul de cazuri de MPX continuă să crească la nivel orar la nivel mondial, justificând necesitatea dezvoltării unor terapii antivirale și vaccinuri eficiente pentru a îmbunătăți pregătirea globală pentru MPX și pentru a limita infecțiile virale. H1 este esențial pentru replicarea MPXV, deoarece defosforilează proteine ​​precum A14, F18, A17 și traductorul de semnal și activatorul transcripției 1 (STAT1) și inhibă semnalizarea interferonului (IFN). Important, HI este conservată printre poxvirusuri și, prin urmare, poate fi vizată pentru dezvoltarea unor agenți antivirali largi.

Despre studiu

În prezentul studiu, cercetătorii au examinat structura cristalină H1 la rezoluție de 1,8 Å pentru a îmbunătăți înțelegerea defosforilării catalizate de MPXV H1 și pentru a dezvolta un model precis pentru dezvoltarea de noi medicamente antivirale.

Acidul dezoxiribonucleic (ADN) care codifică H1 al izolatului MPXV_USA_2022_MA001 de focar MPXV curent din 2022 a fost sintetizat și donat într-un vector plasmid de expresie, care a fost verificat prin secvențiere. H1 a fost exprimat în celulele Escherichia coli BL21 (sau DE3) și bacteriile care exprimă H1 au fost lizate, după care proteina a fost supusă analizei cromatografice.

H1 a fost cristalizat utilizând tehnica de difuzie a vaporilor de picătură așezată și cristalele au fost supuse analizei de difracție de raze X. Structura H1 a fost determinată folosind tehnica de înlocuire moleculară cu structura H1 a virusului vaccinia ca model de căutare. Apoi a fost efectuată o comparație structurală cu proteina tirozin fosfatazele umane (PTP)/DSP fosfatazele.

Coordonatele MPXV-H1 au fost încărcate pe serverul Dali și au fost căutate proteine ​​structurate similar în PDB (baza de date de proteine) folosind subsetul PDB50. Ca rezultat, au fost identificate structuri de 30 de fosfataze cu similaritate structurală semnificativă (Z-scores > 13). Printre acestea, două fosfataze umane au fost cristalizate ca dimeri: fosfataza umană cu dublă specificitate (hDSP)-5 și 27, iar modurile lor de dimerizare au fost comparate.

Rezultate

MPXV H1 a cuprins 171 de reziduuri cu densități de electroni bine potrivite, o moleculă H1 asimetrică și două molecule H1 aliniate simetric, formând dimeri în formă de fluture și cu domenii schimbate. Întreaga structură H1 a constat din șase și patru elice alfa (α) și, respectiv, catenele beta (β), cu o foaie β dispusă pe părțile laterale între elice α2 și α3 până la α6.

Cele două situsuri active au fost situate la o distanță de 39 Å în apropierea terminalelor C ale catenei β terminale. Fiecare sit activ a cuprins o triadă cisteină (Cys)-arginină (Arg)-acid aspartic (Asp). În fiecare sit activ, resturile conservate Arg și Cys au fost localizate în bucla de legare a ionilor fosfat între resturile α4 și β4. Reziduul Arg116 al buclei a capturat ioni de fosfat a căror grupare guanidiniu a interacționat cu două molecule PO (fosfat-oxigen) conectate prin legături de hidrogen.

Reziduul Arg116 a asigurat orientarea și legarea eficientă a substratului. Helicile a1 N-terminale ale fiecărui protomer au fost schimbate pentru a media dimerizările H1. Helicele α1 ale unui singur protomer H1 au format o structură grupată cu trei elice α4 până la α6 ale promotorilor corespunzători implicați în împerechere. La baza pungii catalitice, reziduul Cys110 a atacat atomii de fosfor în timpul defosforilării, rezultând formarea tranzitorie a unui intermediar enzim-fosfat, care a fost hidrolizat pentru a regenera fosfatul anorganic și enzima.

Atomul de sulf al reziduului Cys110 a fost poziționat paralel cu legătura PO, care corespunde legăturii formate la regenerarea enzimei. Reziduul Asp79 a fost implicat în coordonare cu molecula de apă și a acționat ca un acid, facilitând formarea și hidroliza intermediarului. Astfel, structura H1 a indicat ultima etapă catalitică înainte de eliberarea produsului.

Suprafața îngropată între doi promotori a fost la o distanță de 1000 Å2 și a fost stabilizată prin interacțiuni hidrofobe și hidrofile. Resturile serină (Ser)14 și resturile treonină (Thr)15 din a1 au prezentat legături de hidrogen cu resturile de histidină (His)143 și, respectiv, resturile de tirozină (Tyr)142/residuurile de lizină (Lys)159 ale protomerului H1 corespunzător. În schimb, reziduurile Tyr7, leucină (Leu)11 și Leu12 au participat la legături hidrofobe cu resturile metionină (Met)135, Leu139, Lys159, izoleucină (Ile)163, valină (Val)167 și Ile168 din perechea H1.

Resturile Leu136, Leu139 și Met135 din α5 li s-au opus resturi de dimer asociate simetriei pentru a extinde interfața de legare hidrofobă. Reziduul α1 a fost stabilizat folosind interacțiuni hidrofobe și legături de hidrogen intramoleculare între resturile α1 și α5. Dimerul H1 a fost confirmat în analiza cromatografică, indicând faptul că dimerii au reprezentat stări funcționale.

Structura cristalină MPXV H1 a dezvăluit două puncte fierbinți pentru dezvoltarea de noi medicamente antivirale. Site-ul de contact dimer este un hotspot unic pentru moleculele PTP/DSP. Inhibarea dimerizării H1 ar putea inhiba dimerizarea și defosforilarea homodimerului fosfor-tirozină STAT1 activat. Al doilea hotspot este locul activ, care, deși este situat în jurul buclelor de legare a ionilor fosfat cu structuri de coloană vertebrală comparabile, are lanțuri laterale diferite și, prin urmare, specificitatea substratului poate fi modificată, deschizând calea pentru dezvoltarea medicamentelor antivirale.

În general, rezultatele studiului au dezvăluit structura cristalină H1 de înaltă rezoluție, care oferă o bază solidă pentru analiza mecanică ulterioară și dezvoltarea de noi medicamente antivirale împotriva agenților patogeni virali emergenti.

Acest articol de știri a fost o revizuire a unui raport științific preliminar care nu a fost revizuit de colegi la momentul publicării. De la publicarea sa inițială, raportul științific a fost acum revizuit de colegi și acceptat pentru publicare într-o jurnal academic. Link-uri către rapoartele preliminare și revizuite de colegi pot fi găsite în secțiunea Surse de la sfârșitul acestui articol. Vizualizați sursele

Referinte:

• 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.

.