Białko M2

Białko M2 Opis tego obrazu, również skomentowany poniżej Struktura zamknięto stan M2 kanału jonowego wirusa grypy A odwzorowana przez NMR ( PDB  1NYJ ) Domena białkowa
Pfam PF00599
InterPro IPR002089
SCOP 1mp6
SUPER RODZINA 1mp6
TCDB 1.A.19
Rodzina OPM 185
Białko OPM 2kqt

Białko M2 jest białkiem macierzy z wirusa grypy typu A , z której jest integralnym białkiem błony o koperty . Tworzy swoistą wiroporynę dla protonów H + . Ten kanał jonowy jest homotetramerem białek M2, które pojawiają się jako helisy α stabilizowane dwoma mostkami dwusiarczkowymi i są aktywne przy kwaśnym pH . Białko M2 jest kodowane razem z białkiem M1 przez siódmy wirusowy segment RNA . Protonowej przewodność kanału M2 jest istotne dla replikacji wirusa .

Wirus grypy B i wirus grypy C kodują odpowiednio białko zwane BM2 i CM2, których sekwencja peptydów jest inna, ale struktura i funkcja biologiczna są podobne do białek M2.

Struktura

Białko M2 wirusa grypy typu A, składa się z trzech pól w sumie 97  pozostałości z aminokwasami  (1), domenę N -końcową zewnątrzkomórkowa składa się z reszt n o  1 do 23; (2) domena transbłonowa składająca się z reszt # 24-46  ; (3) domenę C -końcową cytoplazmatycznej składający się z reszt N O  47 do 97. Segment przezbłonowej oznaczone TMS tworzy poru kanału jonowego . Ważne są reszty imidazolu o histydyny 37, który działa jako detektor pH i indolu z tryptofanu 41, który działa jako brama. Ten obszar jest niektóre docelowe przeciwwirusowe , takie jak amantadyna , jego pochodna etylowane z rymantadyny i prawdopodobnie także jego pochodną metyluje się adapromine . Pierwszych 17 reszt domeny cytoplazmatycznej białka M2 tworzy wysoce konserwatywną amfifilową helisę .

Pozostałość amfifilowy n o  46 do 62 śmigła cytoplazmatycznym ogonem odgrywa rolę w zespole i pączkowanie wirusa. Wirusa grypy wykorzystuje się amfifilowe helisy białka M2 zmienić krzywiznę membrany za pomocą cholesterolu cząsteczek w szyjce macicy u podstawy wirionów pączkowania . Reszty N O  70-77 z cytoplazmatycznym ogonem są ważne dla wiązania z białkiem M1 i zakaźności  (en) cząstek wirusowych wytworzonych. Region ten zawiera również domenę wiążącą kaweolinę , oznaczoną jako CBD . Koniec C -końcową kanału rozciąga się w pętli w resztach n o  47-50, które łączy się z domeną transbłonową amfifilowego helisy C -końcową , która zawiera reszty n o  46 do 62. Dwa różne struktury o dużej rozdzielczości okrojone formy M2 białko opublikowano: krystaliczna struktura zmutowanej postaci regionu transbłonowego (reszty N o  22-46) i dłuższy wersję białka (reszty N o  18-60), zawierające region transbłonowy i segmentu C -końcową domena analizowana za pomocą NMR .

Te dwie struktury również sugerują różne miejsca wiązania dla środków przeciwwirusowych z klasy adamantanu . W zależności od wykrystalizowanej struktury przy niskim pH, pojedyncza cząsteczka amantadyny wiąże się w środku poru, otoczona resztami Val27 , Ala30 , Ser30 i Gly34 . Z drugiej strony, struktura oparta na NMR przedstawia cztery cząsteczki rymantadyny związane na zewnątrz porów na krawędzi w kontakcie z dwuwarstwą lipidową i oddziałujące z resztami Asp44 i Arg45 . Badanie spektroskopowe NMR pokazuje, że kanał M2 ma dwa miejsca wiązania dla amantadyny, miejsce o wysokim powinowactwie po stronie C - końca światła .i inne miejsce, mniejsze powinowactwo, po stronie C - końca na powierzchni białka.

Białko M2 wirusa grypy B.

Białko M2 wirusa grypy typu B jest homotetramer z łańcuchów peptydowych o długości 109  reszt z aminokwasami . Jest funkcjonalnym homologiem białka M2 wirusa grypy A , chociaż sekwencja tych dwóch białek praktycznie nie wykazuje podobieństwa poza motywem HXXXW - His - Xaa - Xaa - Xaa - Trp - segmentu transbłonowego, sekwencja wymagana dla jonu funkcja kanału . Jego profil przewodnictwa protonowego / pH jest podobny do profilu białka M2 wirusa grypy A. Kanał jonowy białka M2 wirusa grypy B jest jednak wyższy, a aktywność ta jest całkowicie niewrażliwa na amantadynę i rymantadynę .

Selektywność i przewodnictwo protonów

Kanał jonowy M2 białka wirusa grypy typu A i wirusa grypy typu B jest wysoce selektywny dla protonów . Ten kanał jest aktywowany niskim ( kwaśnym ) pH i ma niską przewodność . Selektywność dla protonów i modulowanie przewodności Ph pochodzą z pozostałości z histydyny w pozycji 37 (His37). Zastąpienie tej reszty histydynowej glicyną , alaniną , glutaminianem , seryną lub treoniną prowadzi do utraty selektywności wobec protonów, a zmutowane białko może również transportować jony sodowe Na + i potasowe K + . Dodanie imidazolu do komórek wyrażających takie zmodyfikowane białka częściowo przywraca selektywność protonów. Możliwe, że mechanizm przewodzenia obejmuje wymianę protonów między imidazolem reszty histydynowej 37 białka M2 a cząsteczkami wody zamkniętymi w kanale tego białka.

Cząsteczki wody w porach tworzą sieci połączone wiązaniami wodorowymi, tworząc „wodne kable” od wejścia do kanału do pozostałości His37. W karbonylowe grupy wyściełające porów, są usytuowane w odpowiednich miejscach w celu stabilizacji jonów hydroniowe pośrednictwem oddziaływań z udziałem cząsteczek mostkujących wodnych. Zbiorowe przełączanie orientacji wiązań wodorowych może przyczyniać się do kierunkowości przepływu protonów, ponieważ reszta histydynowa 37 jest dynamicznie protonowana i deprotonowana podczas cyklu przewodzenia. Reszty histydyny 37 tworzą strukturę przypominającą skrzynkę, ograniczoną z obu stron przez skupiska cząsteczek wody z dobrze uporządkowanymi atomami tlenu w pobliżu.

Uwagi i odniesienia

  1. (w) Katsuyuki Nishimura Sanguk Kim, Li Zhang i 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 listopada 2002, s.  13170-13177 ( PMID  12403618 , DOI  10.1021 / bi0262799 , czytaj online )
  2. (w) Rafal Pielak i Mr. James J. Chou , "  kanały protonowe M2 wirusa grypy  " , Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes , tom.  1808 N O  2 luty 2011, s.  522-529 ( PMID  20451491 , PMCID  3108042 , DOI  10.1016 / j.bbamem.2010.04.015 , czytaj online )
  3. (w) Yajun Tang, Florina Zaitseva, Robert A. Lamb i Lawrence H. Pinto , „  Brama kanału protonowego wirusa grypy M2 jest utworzona przez pojedynczą pozostałość tryptofanu  ” , Journal of Biological Chemistry , vol.  277 n O  42, 18 października 2002, s.  39880-39886 ( PMID  12183461 , DOI  10.1074 / jbc.M206582200 , czytaj online )
  4. (w) LJ Holsinger, D. Nichani LH Pinto RA Lamb , „  Białko kanału jonowego M2 wirusa grypy A: analiza struktury i funkcji  ” , Journal of Virology , vol.  68, n o  3, Marzec 1994, s.  1551-1563 ( PMID  7508997 , PMCID  236612 , czytaj online )
  5. (w) Jeremy S. Rossman, Xianghong Jing, George P. Leser, Robert A. Lamb and Show przypisy , „  Influenza Virus M2 Protein pośredniczy w błonie niezależnej ESCRT-Split  ” , Cell , vol.  142 N O  6, 17 września 2010, s.  902-913 ( PMID  20850012 , PMCID  3059587 , DOI  10.1016 / j.cell.2010.08.029 , czytaj online )
  6. (w) Amanda L. Stouffer, Rudresh Acharya, David Salom, Anna S. Levine, Luigi Di Costanzo, Cinque S. Soto, Valentina Tereshko, Vikas Nanda, Steven Stayrook i William F. DeGrado , „  Strukturalne podstawy funkcji i zahamowanie kanału protonowego wirusa grypy  ” , Nature , vol.  451 n O  7178, 31 stycznia 2008, s.  596-599 ( PMID  18235504 , PMCID  3889492 , DOI  10.1038 / nature06528 , Bibcode  2008Natur.451..596S , czytaj online )
  7. (w) Jason R. Schnell i James J. Chou , „  Struktura i mechanizm kanału protonowego M2 wirusa grypy A  ” , Nature , vol.  451 n O  7178, 31 stycznia 2008, s.  591-595 ( PMID  18235503 , PMCID  3108054 , DOI  10.1038 / nature06531 , Bibcode  2008Natur.451..591S , czytaj online )
  8. (w) Sarah D. Cady, Klaus Schmidt-Rohr, Jun Wang, Cinque S. Soto, William F. DeGrado i Hong Mei , „  Structure of the amantadine binding Site of influenza M2 proton channels in lipid dwuwarstw  ” , Nature , vol. .  463 n O  7281, 4 lutego 2010, s.  689-692 ( PMID  20130653 , PMCID  2818718 , DOI  10.1038 / nature08722 , Bibcode  2010Natur.463..689C , czytaj online )
  9. (w) Jorgen A. Mould, Hui-Chun Li, Christine S. Dudlak James D. Lear, Andrew Pekosz, Robert A. Lamb i Lawrence H. Pinto , „  Mechanism for Proton Conduction of the M 2 Ion Channel of Influenza A Virus  ” , Journal of Biological Chemistry , tom.  275 n O  12, 24 marca 2000, s.  8592-8599 ( PMID  10722698 , DOI  10.1074 / jbc.275.12.8592 , czytaj online )
  10. (w) Padmavati Venkataraman, Robert A. Lamb i Lawrence H. Pinto , „  Chemical Rescue of histydynowy selektywny filtr mutantów wirusa M2 Ion Channel of Influenza A Virus  ” , Journal of Biological Chemistry , tom.  280 n O  22 3 czerwca 2005, s.  21463-21472 ( PMID  15784624 , DOI  10.1074 / jbc.M412406200 , czytaj online )
  11. (w) 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 i Michael L. Klein , „  Struktura i mechanizm transportu protonów przez transbłonową wiązkę tetramerycznych białek M2 wirusa grypy A  ” , Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , vol.  107 n O  34, 24 sierpnia 2010, s.  15075-15080 ( PMID  20689043 , PMCID  2930543 , DOI  10.1073 / pnas.1007071107 , Bibcode  2010PNAS..10715075A , czytaj online )
  12. (w) Jessica L. Thomaston, Mercedes Alfonso Prieto, Zobacz profil ORCID Rahel A. Woldeyes, James S. Fraser, Michael L. Klein, Giacomo Fiorin i William F. DeGrado , „  Struktura o wysokiej rozdzielczości kanału M2 z grypy A wirus ujawnia dynamiczne ścieżki stabilizacji i transdukcji protonów  ” , Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , vol.  112 n O  46, 17 listopada 2015, s.  14260-14265 ( PMID  26578770 , PMCID  4655559 , DOI  10.1073 / pnas.1518493112 , Bibcode  2015PNAS..11214260T , czytaj online )