猴痘病毒H1双磷酸酶作为泛痘病毒靶标的结构分析

猴痘病毒H1双磷酸酶作为泛痘病毒靶标的结构分析

在最近发表的一项研究中 生物Rxiv * 预印本服务器：研究人员确定，分辨率为 1.8 Å 的猴痘病毒 (MPXV) 双特异性 H1 磷酸酶 (DSP) 的晶体结构对于病毒复制至关重要，使其成为有吸引力的抗病毒靶点。

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

这篇新闻文章是对初步科学报告的评论，该报告在发表时尚未经过同行评审。 自首次发表以来，该科学报告现已经过同行评审并接受在学术期刊上发表。 初步报告和同行评审报告的链接可以在本文末尾的“来源”部分找到。 查看来源

全球 MPX 病例数量每小时都在持续增加，这证明需要开发有效的抗病毒疗法和疫苗，以改善全球对 MPX 的防范并遏制病毒感染。 H1 对于 MPXV 复制至关重要，因为它可使 A14、F18、A17 等蛋白质以及信号转导子和转录激活子 1 (STAT1) 去磷酸化，并抑制干扰素 (IFN) 信号传导。 重要的是，HI 在痘病毒中是保守的，因此可以作为开发广泛抗病毒药物的目标。

关于该研究

在本研究中，研究人员以 1.8 Å 分辨率检查了 H1 晶体结构，以提高对 MPXV H1 催化去磷酸化的理解，并为开发新型抗病毒药物开发精确模型。

合成了编码当前 2022 年 MPXV 爆发 MPXV_USA_2022_MA001 分离株 H1 的脱氧核糖核酸 (DNA)，并将其克隆到表达质粒载体中，并通过测序验证。 H1 在大肠杆菌 BL21（或 DE3）细胞中表达，裂解表达 H1 的细菌，然后对蛋白进行色谱分析。

使用坐滴蒸气扩散技术使 H1 结晶，并对晶体进行 X 射线衍射分析。 以痘苗病毒H1结构作为搜索模型，采用分子置换技术确定H1结构。 然后与人蛋白酪氨酸磷酸酶（PTP）/DSP 磷酸酶进行结构比较。

MPXV-H1坐标上传到Dali服务器，并使用PDB50子集在PDB（蛋白质数据库）中搜索类似结构的蛋白质。 结果，鉴定出 30 种具有显着结构相似性的磷酸酶的结构（Z 分数 >13）。 其中，两种人磷酸酶结晶为二聚体：人双特异性磷酸酶（hDSP）-5和27，并比较了它们的二聚化模式。

结果

MPXV H1 由 171 个电子密度匹配的残基、一个不对称 H1 分子和两个对称排列的 H1 分子组成，形成蝴蝶形和结构域交换二聚体。 整个 H1 结构分别由 6 个和 4 个 α 螺旋 (α) 和 β 链 (β) 组成，β 折叠排列在螺旋 α2 和 α3 至 α6 之间的两侧。

两个活性位点位于末端 β 链 C 末端附近，相距 39 Å。 每个活性位点由半胱氨酸（Cys）-精氨酸（Arg）-天冬氨酸（Asp）三联体组成。 在每个活性位点中，保守的 Arg 和 Cys 残基位于 α4 和 β4 残基之间的磷酸根离子结合环中。 环的 Arg116 残基捕获磷酸根离子，其胍基与两个通过氢键连接的 PO（磷酸盐-氧）分子相互作用。

Arg116 残基确保有效的底物定向和结合。 每个原聚体的 N 端 α1 螺旋被交换以介导 H1 二聚化。 单个H1原聚体的α1螺旋与参与配对的相应启动子的三个α4至α6螺旋形成捆绑结构。 在催化口袋的底部，Cys110 残基在去磷酸化过程中攻击磷原子，导致酶-磷酸盐中间体的瞬时形成，该中间体被水解以再生无机磷酸盐和酶。

Cys110 残基的硫原子与 PO 键平行，这对应于酶再生时形成的键。 Asp79残基参与与水分子的配位并充当酸，促进中间体的形成和水解。 因此，H1 结构表明了产品释放前的最后一个催化步骤。

埋在两个启动子之间的表面相距 1000 Å2，并通过疏水和亲水相互作用来稳定。 α1中的丝氨酸残基(Ser)14和苏氨酸残基(Thr)15分别与相应H1原聚体的组氨酸残基(His)143和酪氨酸残基(Tyr)142/赖氨酸残基(Lys)159形成氢键。 相反，残基 Tyr7、亮氨酸 (Leu)11 和 Leu12 参与与来自 H1 配对的残基甲硫氨酸 (Met)135、Leu139、Lys159、异亮氨酸 (Ile)163、缬氨酸 (Val)167 和 Ile168 的疏水键。

α5 中的 Leu136、Leu139 和 Met135 残基与对称相关二聚体残基相对，以扩展疏水结合界面。 利用 α1 和 α5 残基之间的疏水相互作用和分子内氢键稳定 α1 残基。 H1二聚体在色谱分析中得到证实，表明二聚体代表功能状态。

MPXV H1 晶体结构揭示了新型抗病毒药物开发的两个热点。 二聚体接触位点是 PTP/DSP 分子特有的热点。 抑制 H1 二聚化可能会抑制激活的 STAT1 磷-酪氨酸同二聚体的二聚化和去磷酸化。 第二个热点是活性位点，尽管活性位点位于具有类似主链结构的磷酸根离子结合环周围，但具有不同的侧链，因此底物特异性可能会改变，为抗病毒药物的开发铺平道路。

总体而言，研究结果揭示了高分辨率的H1晶体结构，为进一步机制分析和开发针对新出现的病毒病原体的新型抗病毒药物提供了坚实的基础。

这篇新闻文章是对初步科学报告的评论，该报告在发表时尚未经过同行评审。 自首次发表以来，该科学报告现已经过同行评审并接受在学术期刊上发表。 初步报告和同行评审报告的链接可以在本文末尾的“来源”部分找到。 查看来源

参考：

• 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.

。