M2 protein

M2 protein Popis tohoto obrázku, také komentován níže Struktura uzavřeného stavu iontového kanálu M2 viru chřipky A zobrazená NMR ( PDB  1NYJ ) Proteinová doména
Pfam PF00599
InterPro IPR002089
SCOP 1mp6
SUPERFAMILY 1mp6
TCDB 1.A.19
Rodina OPM 185
OPM protein 2 kqt

Protein M2 je matrix protein z viru chřipky A , z jehož je integrální membránový protein z obálky . Tvoří specifický viroporin pro H + protony . Tento iontový kanál je homotetramer proteinů M2, které se jeví jako a helixy stabilizované dvěma disulfidovými můstky a který je aktivní při kyselém pH . M2 protein je kódován společně s M1 proteinem sedmým segmentem virové RNA . Proton vodivost kanálu M2 je nezbytný pro replikaci viru .

Virus chřipky B a virus chřipky C kódují každý protein nazývaný BM2, respektive CM2, jehož peptidová sekvence je odlišná, ale struktura a biologická funkce jsou podobné jako u proteinu M2.

Struktura

Protein M2 viru chřipky typu A se skládá ze tří polí ve výši 97  zbytky z aminokyselin  : (1) doménu N -terminální extracelulární sestávající ze zbytků n o  1 až 23; (2) transmembránová doména sestávající ze zbytků # 24-46  ; (3) doménu C -terminální cytoplazmatická tvořená zbytky n o  47 až 97. transmembránová část, označenou TMS , tvoří pórů iontového kanálu . Důležité zbytky jsou imidazol z histidinu 37, který působí jako detektor pH a indolu z tryptofanu 41, který působí jako brána. Tato oblast je na určité cílové antivirotika , jako je amantadin , jeho derivát bezolovnaté na rimantadin , a pravděpodobně i jeho derivát methylovaný na adapromine . Prvních 17 zbytků cytoplazmatické domény proteinu M2 tvoří vysoce konzervovanou amfifilní šroubovici .

Zbytek amfifilní n o  46 až 62 vrtule cytoplazmatický konec hraje roli v sestavě a pučení viru. Chřipkový virus využívá amfifilní šroubovice proteinu M2 pro změnu zakřivení membrány pomocí cholesterolu molekul v cervixu na základně virionu pučením . Zbytky n O  70-77 z cytoplazmatický konec, jsou důležité pro vazbu s proteinem M1 a infekčnost  (en) virových částic vyrobených. Tato oblast také obsahuje kaveolinovou vazebnou doménu označovanou jako CBD . Koncový C -terminál kanálu se rozprostírá ve smyčce na zbytcích n o  47-50, která spojuje transmembránovou doménu s amfifilní šroubovicí C -terminál , který obsahuje zbytky n o  46 až 62. Dvě vysoké struktury zkrácené formy M2 s odlišným rozlišením protein byly publikovány: krystalické struktury mutované formy transmembránové oblasti (zbytky n o  22-46) a delší verze proteinu (zbytky n o  18-60) obsahující transmembránovou oblast a segment C terminální doména analyzovaná NMR .

Tyto dvě struktury také navrhují různá vazebná místa pro antivirotika třídy adamantanu . V závislosti na krystalizované struktuře při nízkém pH se jedna molekula amantadinu váže uprostřed pórů, obklopená zbytky Val27 , Ala30 , Ser30 a Gly34 . Struktura založená na NMR na druhé straně ukazuje čtyři molekuly rimantadinu vázané mimo póry na okraji v kontaktu s lipidovou dvojvrstvou a interagující se zbytky Asp44 a Arg45 . NMR spektroskopická studie ukazuje, že kanál M2 má dvě vazebná místa pro amantadin, což je místo s vysokou afinitou na straně C -terminálu lumenu .a další místo, nižší afinita, na C -terminální straně na povrchu proteinu.

Protein M2 viru chřipky B.

Protein M2 viru chřipky typu B je homotetramer z peptidového řetězce dlouhá 109  zbytků z aminokyselin . Jedná se o funkční homolog proteinu M2 viru chřipky A , i když sekvence těchto dvou proteinů nevykazuje prakticky žádnou podobnost kromě HXXXW - His - Xaa - Xaa - Xaa - Trp - motivu transmembránového segmentu, sekvence vyžadovaná pro funkce iontového kanálu . Jeho profil protonové vodivosti / pH je podobný profilu M2 proteinu viru chřipky A. Iontový kanál proteinu M2 viru chřipky B je však vyšší a tato aktivita je vůči amantadinu a rimantadinu zcela necitlivá .

Selektivita a protonová vodivost

Iontový kanál protein M2 viru chřipky A a viru chřipky typu B , je vysoce selektivní pro protony . Tento kanál je aktivován nízkým ( kyselým ) pH a má nízkou vodivost . Tato selektivita pro protony a že modulace vodivosti o pH pocházejí ze zbytků z histidinu v pozici 37 (His37). Nahrazení tohoto histidinového zbytku glycinem , alaninem , glutamátem , serinem nebo threoninem vede ke ztrátě selektivity pro protony a mutantní protein může také transportovat ionty sodíku Na + a draslíku K + . Přidání imidazolu k buňkám exprimujícím takové modifikované proteiny částečně obnovuje selektivitu pro protony. Je možné, že vodivý mechanismus zahrnuje protonovou výměnu mezi imidazolem histidinového zbytku 37 proteinu M2 a molekulami vody uzavřenými v kanálu tohoto proteinu.

Molekuly vody v pórech tvoří sítě spojené vodíkovými vazbami, které tvoří „vodné kabely“ od vstupu do kanálu ke zbytku His37. Tyto karbonylové skupiny , které lemují póry jsou umístěny na správných místech stabilizovat hydronium iontů prostřednictvím interakcí zahrnujících spojovací molekuly vody. Kolektivní posun v orientaci vodíkových vazeb by mohl přispět ke směrovosti toku protonů, protože histidinový zbytek 37 je dynamicky protonován a deprotonován během vodivého cyklu. Zbytky histidinu 37 tvoří krabicovou strukturu ohraničenou na obou stranách shluky molekul vody s dobře uspořádanými atomy kyslíku poblíž.

Poznámky a odkazy

  1. (in) Katsuyuki Nishimura Sanguk Kim, Li Zhang a TA Cross , „  The Closed State of a H + Channel Helical Bundle Combining Precise orientational and Restraints Distance from Solid State NMR  “ , Biochemistry , vol.  41, n o  44, 5. listopadu 2002, str.  13170-13177 ( PMID  12403618 , DOI  10.1021 / bi0262799 , číst online )
  2. (in) Rafal Pielak a pan James J. Chou , „  chřipkové M2 protonové kanály  “ , Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes , sv.  1808 n o  2 února 2011, str.  522-529 ( PMID  20451491 , PMCID  3108042 , DOI  10.1016 / j.bbamem.2010.04.015 , číst online )
  3. (in) Yajun Tang, Florina Zaitseva, Robert A. Lamb a Lawrence H. Pinto , „  Brána protonového kanálu chřipkového viru M2 je tvořena jediným reziduem tryptofanu  “ , Journal of Biological Chemistry , sv.  277, n o  42, 18. října 2002, str.  39880-39886 ( PMID  12183461 , DOI  10.1074 / jbc.M206582200 , číst online )
  4. (in) LJ Holsinger, D. Nichani LH Pinto RA Lamb , „  Protein iontového kanálu M2 viru chřipky A: analýza strukturní funkce  “ , Journal of Virology , sv.  68, n o  3, Březen 1994, str.  1551-1563 ( PMID  7508997 , PMCID  236612 , číst online )
  5. (in) Jeremy S. Rossman, Xianghong Jing, George P. Leser, Robert A. Lamb a poznámky pod čarou , „  Protein chřipkového viru M2 zprostředkovává membránu Independent ESCRT-Split  “ , Cell , sv.  142, n O  6, 17. září 2010, str.  902-913 ( PMID  20850012 , PMCID  3059587 , DOI  10.1016 / j.cell.2010.08.029 , číst online )
  6. (in) Amanda L. Stouffer, Rudresh Acharya, David Salom, Anna S. Levine, Luigi Di Costanzo, Cinque S. Soto, Valentina Tereshko, Vikas Nanda, Steven Stayrook a William F. DeGrado , „  Strukturální základ pro funkci a inhibice protonového kanálu viru chřipky  “ , Nature , sv.  451, n O  7178, 31. ledna 2008, str.  596-599 ( PMID  18235504 , PMCID  3889492 , DOI  10.1038 / nature06528 , Bibcode  2008Natur.451..596S , číst online )
  7. (in) Jason R. Schnell a James J. Chou , „  Struktura a mechanismus protonového kanálu M2 viru chřipky A  “ , Nature , sv.  451, n O  7178, 31. ledna 2008, str.  591-595 ( PMID  18235503 , PMCID  3108054 , DOI  10.1038 / nature06531 , Bibcode  2008Natur.451..591S , číst online )
  8. (in) Sarah D. Cady, Klaus Schmidt-Rohr, Jun Wang, Cinque S. Soto, William F. DeGrado a Hong Mei , „  Struktura vazebného místa pro amantadin protonových kanálů chřipky M2 v lipidových dvojvrstvách  “ , Nature , sv. .  463, n O  7281, 4. února 2010, str.  689-692 ( PMID  20130653 , PMCID  2818718 , DOI  10.1038 / nature08722 , Bibcode  2010Natur.463..689C , číst online )
  9. (in) Jorgen A. Mold, Hui-Chun Li, Christine S. Dudlak James D. Lear, Andrew Pekosz, Robert A. Lamb a Lawrence H. Pinto , „  Mechanismus protonového vedení M 2 iontového kanálu chřipky A Virus  “ , Journal of Biological Chemistry , sv.  275, n o  12, 24. března 2000, str.  8592-8599 ( PMID  10722698 , DOI  10.1074 / jbc.275.12.8592 , číst online )
  10. (in) Padmavati Venkataraman, Robert A. Lamb a Lawrence H. Pinto , „  Chemická záchrana histidinových selektivních filtračních mutantů M2 iontového kanálu viru chřipky A  “ , Journal of Biological Chemistry , sv.  280, n o  22, 3. června 2005, str.  21463-21472 ( PMID  15784624 , DOI  10.1074 / jbc.M412406200 , číst online )
  11. (in) Rudresh Acharya, Vincenzo Carnevale, Giacomo Fiorin, Benjamin G. Levine, Alexei L. Polishchuk, Victoria Balannik Ilan Samish, Robert A. Lamb, Lawrence H. Pinto, William F. DeGrado a Michael L. Klein , „  Struktura a mechanismus transportu protonů přes transmembránový tetramerní svazek proteinu M2 viru chřipky A  “ , Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , vol.  107, n o  34, 24. srpna 2010, str.  15075-15080 ( PMID  20689043 , PMCID  2930543 , DOI  10.1073 / pnas.1007071107 , Bibcode  2010PNAS..10715075A , číst online )
  12. (in) Jessica L. Thomaston, Mercedes Alfonso Prieto, Zobrazit profil ORCID Rahel A. Woldeyes, James S. Fraser, Michael L. Klein, Giacomo Fiorin a William F. DeGrado , „  Struktura kanálu M2 s vysokým rozlišením od chřipky A virus odhaluje dynamické dráhy pro stabilizaci a transdukci protonů  “ , Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , vol.  112, n o  46, 17. listopadu 2015, str.  14260-14265 ( PMID  26578770 , PMCID  4655559 , DOI  10.1073 / pnas.1518493112 , Bibcode  2015PNAS..11214260T , číst online )