Strukturna analiza dvojne fosfataze H1 virusa opičjih koz kot tarče pan-poksvirusa

Strukturna analiza dvojne fosfataze H1 virusa opičjih koz kot tarče pan-poksvirusa

V nedavni študiji, objavljeni v bioRxiv * Strežnik prednatisa: Raziskovalci so ugotovili, da je kristalna struktura dvojno specifične H1 fosfataze (DSP) virusa opičjih koz (MPXV) pri ločljivosti 1,8 Å kritična za replikacijo virusa, zaradi česar je privlačna protivirusna tarča.

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

Ta članek je bil pregled predhodnega znanstvenega poročila, ki v času objave ni bilo strokovno pregledano. Od prve objave je bilo znanstveno poročilo strokovno pregledano in sprejeto za objavo v akademski reviji. Povezave do predhodnih in strokovno pregledanih poročil lahko najdete v razdelku Viri na koncu tega članka. Ogled virov

Število primerov MPX še naprej narašča vsako uro po vsem svetu, kar upravičuje potrebo po razvoju učinkovitih protivirusnih terapevtikov in cepiv za izboljšanje globalne pripravljenosti na MPX in zajezitev virusnih okužb. H1 je bistvenega pomena za replikacijo MPXV, saj defosforilira proteine, kot so A14, F18, A17 in signalni pretvornik in aktivator transkripcije 1 (STAT1) ter zavira signalizacijo interferona (IFN). Pomembno je, da je HI ohranjen med poksvirusi in je zato lahko tarča za razvoj širokih protivirusnih sredstev.

O študiju

V tej študiji so raziskovalci pregledali kristalno strukturo H1 pri ločljivosti 1,8 Å, da bi izboljšali razumevanje MPXV H1 katalizirane defosforilacije in razvili natančen model za razvoj novih protivirusnih zdravil.

Deoksiribonukleinska kislina (DNK), ki kodira H1 trenutnega izolata MPXV_USA_2022_MA001 izbruha MPXV leta 2022, je bila sintetizirana in klonirana v ekspresijski plazmidni vektor, kar je bilo preverjeno s sekvenciranjem. H1 je bil izražen v celicah Escherichia coli BL21 (ali DE3) in bakterije, ki izražajo H1, so bile lizirane, nakar je bil protein podvržen kromatografski analizi.

H1 smo kristalizirali s tehniko parne difuzije v sedečem položaju in kristale podvrgli rentgenski difrakcijski analizi. Struktura H1 je bila določena s tehniko molekularne zamenjave s strukturo H1 virusa vakcinije kot iskalnim modelom. Nato je bila izvedena strukturna primerjava s človeškimi proteinskimi tirozin fosfatazami (PTP)/DSP fosfatazami.

Koordinate MPXV-H1 so bile naložene na strežnik Dali in iskale podobno strukturirane proteine ​​v PDB (baza podatkov o beljakovinah) z uporabo podmnožice PDB50. Posledično so bile identificirane strukture 30 fosfataz s pomembno strukturno podobnostjo (Z-rezultati >13). Med njimi sta bili dve človeški fosfatazi kristalizirani kot dimera: človeška fosfataza z dvojno specifičnostjo (hDSP)-5 in 27, in primerjani so bili njuni načini dimerizacije.

Rezultati

MPXV H1 je obsegal 171 ostankov z dobro ujemajočimi se elektronskimi gostotami, eno asimetrično molekulo H1 in dve simetrično poravnani molekuli H1, ki tvorita dimerje v obliki metulja in domensko zamenjane dimerje. Celotna struktura H1 je bila sestavljena iz šestih oziroma štirih alfa vijačnic (α) oziroma beta pramenov (β), z β listom, razporejenim na straneh med vijačnicami α2 in α3 do α6.

Dve aktivni mesti sta bili locirani na razdalji 39 Å blizu C-terminalov končne β-verige. Vsako aktivno mesto je vsebovalo triado cistein (Cys)-arginin (Arg)-asparaginska kislina (Asp). Na vsakem aktivnem mestu so bili ohranjeni ostanki Arg in Cys locirani v vezavni zanki fosfatnega iona med ostankoma α4 in β4. Ostanek Arg116 zanke je ujel fosfatne ione, katerih gvanidinijeva skupina je interagirala z dvema molekulama PO (fosfat-kisik), povezanima z vodikovimi vezmi.

Ostanek Arg116 je zagotovil učinkovito orientacijo substrata in vezavo. N-terminalne vijačnice α1 vsakega protomera so bile zamenjane za posredovanje dimerizacije H1. Vijanice α1 enega samega protomera H1 so tvorile strukturo v snopu s tremi vijačnicami α4 do α6 ustreznih promotorjev, vključenih v združevanje. Na dnu katalitičnega žepa je ostanek Cys110 med defosforilacijo napadel fosforjeve atome, kar je povzročilo prehodno tvorbo encimsko-fosfatnega intermediata, ki je bil hidroliziran za regeneracijo anorganskega fosfata in encima.

Žveplov atom ostanka Cys110 je bil nameščen vzporedno z vezjo PO, ki ustreza vezi, ki nastane pri regeneraciji encima. Ostanek Asp79 je bil vključen v koordinacijo z molekulo vode in je deloval kot kislina, kar je olajšalo tvorbo in hidrolizo intermediata. Tako je struktura H1 nakazala zadnji katalitični korak pred sprostitvijo produkta.

Površina, zakopana med dvema promotorjema, je bila 1000 Å2 narazen in je bila stabilizirana s hidrofobnimi in hidrofilnimi interakcijami. Ostanki serina (Ser)14 in ostanki treonina (Thr)15 v α1 so pokazali vodikove vezi s histidinskimi ostanki (His)143 oziroma tirozinskimi ostanki (Tyr)142/lizinskimi ostanki (Lys)159 ustreznega protomera H1. Nasprotno pa so ostanki Tyr7, levcin (Leu) 11 in Leu12 sodelovali v hidrofobnih vezeh z ostanki metionina (Met) 135, Leu139, Lys159, izolevcina (Ile) 163, valina (Val) 167 in Ile168 iz seznanjanja H1.

Ostankom Leu136, Leu139 in Met135 v α5 so nasprotovali ostanki dimera, povezani s simetrijo, da bi razširili hidrofobni vezni vmesnik. Ostanek α1 smo stabilizirali z uporabo hidrofobnih interakcij in intramolekularnih vodikovih vezi med ostankoma α1 in α5. Dimer H1 je bil potrjen s kromatografsko analizo, kar kaže, da dimeri predstavljajo funkcionalna stanja.

Kristalna struktura MPXV H1 je razkrila dve žarišči za razvoj novih protivirusnih zdravil. Kontaktno mesto dimerja je vroča točka, edinstvena za molekule PTP/DSP. Zaviranje dimerizacije H1 bi lahko potencialno zaviralo dimerizacijo in defosforilacijo aktiviranega homodimera fosfor-tirozin STAT1. Druga vroča točka je aktivno mesto, ki ima, čeprav se nahaja okoli zank za vezavo fosfatnih ionov s primerljivimi hrbteničnimi strukturami, različne stranske verige, zato se lahko spremeni specifičnost substrata, kar utira pot razvoju protivirusnih zdravil.

Na splošno so rezultati študije razkrili kristalno strukturo H1 visoke ločljivosti, ki zagotavlja trdne temelje za nadaljnjo mehanično analizo in razvoj novih protivirusnih zdravil proti nastajajočim virusnim patogenom.

Ta članek je bil pregled predhodnega znanstvenega poročila, ki v času objave ni bilo strokovno pregledano. Od prve objave je bilo znanstveno poročilo strokovno pregledano in sprejeto za objavo v akademski reviji. Povezave do predhodnih in strokovno pregledanih poročil lahko najdete v razdelku Viri na koncu tega članka. Ogled virov

Reference:

• 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.

.