Phân tích cấu trúc của vi rút đậu mùa khỉ H1 phosphatase kép như một mục tiêu của vi rút pan-poxvirus

Qua Pooja Toshniwal Paharia5 tháng 10 năm 2022Xét bởi Aimee Molineux

Trong một nghiên cứu gần đây được đăng lên bioRxiv* máy chủ in sẵn, các nhà nghiên cứu đã xác định cấu trúc tinh thể có độ phân giải 1,8 của phosphatase kép H1 (DSP) của vi rút đậu mùa khỉ (MPXV) là rất quan trọng đối với sự nhân lên của vi rút, khiến nó trở thành mục tiêu kháng vi rút hấp dẫn.

Số trường hợp MPX tiếp tục tăng theo giờ trên toàn cầu, đảm bảo nhu cầu phát triển các loại vắc-xin và thuốc điều trị kháng vi-rút hiệu quả để cải thiện khả năng sẵn sàng toàn cầu đối với MPX và giảm thiểu nhiễm vi-rút. H1 rất cần thiết cho sự sao chép của MPXV vì nó khử phosphoryl hóa các protein như A14, F18, A17, chất dẫn truyền tín hiệu và chất kích hoạt phiên mã 1 (STAT1) và ức chế tín hiệu interferon (IFN). Điều quan trọng là HI được bảo tồn trong số các poxvirus và do đó, có thể được nhắm mục tiêu để phát triển các tác nhân kháng vi-rút toàn diện rộng.

Về nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu cấu trúc tinh thể H1 ở độ phân giải 1,8 Å để cải thiện sự hiểu biết về quá trình khửhosphoryl hóa xúc tác MPXV H1 và phát triển một mô hình chính xác để phát triển thuốc kháng vi-rút mới.

Axit deoxyribonucleic (DNA) mã hóa H1 của đợt bùng phát MPXV năm 2022 Hiện tại MPXV_USA_2022_MA001 được tổng hợp và nhân bản thành một vector plasmid biểu hiện, được xác minh bằng giải trình tự. H1 được thể hiện trong Escherichia coli Tế bào BL21 (hoặc DE3) và vi khuẩn biểu hiện H1 được ly giải, sau đó protein được phân tích sắc ký.

H1 được kết tinh bằng kỹ thuật khuếch tán hơi giọt ngồi và các tinh thể được phân tích nhiễu xạ tia X. Cấu trúc H1 được xác định bằng kỹ thuật thay thế phân tử bằng cấu trúc H1 của virus Vaccinia làm mô hình tìm kiếm. Sau đó, một so sánh cấu trúc được thực hiện với tyrosine phosphatase (PTP) / DSP phosphatases của protein người.

Tọa độ MPXV H1 được tải lên máy chủ Dali và tìm kiếm các protein có cấu trúc tương tự protein trong PDB (ngân hàng dữ liệu protein) bằng cách sử dụng tập con PDB50. Kết quả là, các cấu trúc của 30 phosphatase được xác định với sự giống nhau về cấu trúc đáng kể (điểm Z> 13). Trong số đó, hai phosphatase của người được kết tinh dưới dạng dimer: phosphatase đặc hiệu kép ở người (hDSP) -5 và 27 và các chế độ đime hóa của chúng đã được so sánh.

Kết quả

MPXV H1 bao gồm 171 gốc với mật độ điện tử phù hợp, một phân tử H1 không đối xứng và hai phân tử H1 định hướng đối xứng tạo thành các nhúng hình cánh bướm và hoán đổi miền. Cấu trúc H1 tổng thể bao gồm sáu và bốn xoắn alpha (α) và chuỗi beta (β), với một tấm β kẹp giữa các xoắn α2 và α3 đến α6 ở các bên.

Hai vị trí đang hoạt động nằm gần các đầu cuối C-sợi β đầu cuối ở khoảng cách 39 Å. Mỗi vị trí hoạt động bao gồm một bộ ba dư lượng cysteine ​​(Cys) -arginine (Arg) -aspartic acid (Asp). Ở mọi vị trí hoạt động, các gốc Arg và Cys được bảo tồn nằm trong vòng liên kết ion photphat nằm giữa các gốc α4 và β4. Phần dư Arg116 của vòng lặp bắt giữ các ion photphat, mà nhóm guanidinium của chúng tương tác với hai phân tử PO (photphat-oxy) được nối với nhau bằng liên kết hydro.

Dư lượng Arg116 đảm bảo định hướng và liên kết bề mặt hiệu quả. Các xoắn ở đầu N-α1 từ mọi protomer được hoán đổi cho nhau để làm trung gian các dime hóa H1. Các vòng xoắn α1 từ một protomer H1 duy nhất tạo thành một cấu trúc bó với ba vòng xoắn α4 đến α6 của các promoter tương ứng tham gia vào quá trình ghép đôi. Tại đáy của túi xúc tác, dư lượng Cys110 tấn công các nguyên tử phốt pho trong quá trình dephosphoryl hóa, dẫn đến sự hình thành chất trung gian enzyme-phosphate tạm thời, trải qua quá trình thủy phân để tái sinh phosphate vô cơ và enzyme.

Nguyên tử lưu huỳnh của cặn Cys110 được định vị song song với liên kết PO, tương ứng với liên kết được hình thành khi enzym được tái sinh. Cặn Asp79 tham gia phối hợp với phân tử nước và hoạt động như một axit, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành và thủy phân hợp chất trung gian. Do đó, cấu trúc H1 chỉ ra bước xúc tác cuối cùng trước khi phát hành sản phẩm.

Diện tích bề mặt bị chôn vùi giữa hai chất xúc tiến cách nhau 1000 Å2 và được ổn định bởi các tương tác kỵ nước và kỵ nước. Dư lượng serine (Ser) 14 và threonine (Thr) 15 trong α1 cho thấy liên kết hydro với histidine (His) 143 và tyrosine (Tyr) 142 / lysine (Lys) 159 dư tương ứng của protomer H1 tương ứng. Ngược lại, các gốc Tyr7, leucine (Leu) 11 và Leu12 tham gia vào các liên kết kỵ nước với các gốc methionine (Met) 135, Leu139, Lys159, isoleucine (Ile) 163, valine (Val) 167 và Ile168 từ quá trình ghép nối H1 .

Các gốc Leu136, Leu139 và Met135 trong α5 phải đối mặt với các gốc dimer liên kết đối xứng để mở rộng giao diện liên kết kỵ nước. Dư lượng α1 được ổn định nhờ sự hỗ trợ của các tương tác kỵ nước và các liên kết hydro nội phân tử giữa các gốc α1 và α5. Dimer H1 đã được xác nhận trong phân tích sắc ký, chỉ ra rằng các dimer đại diện cho các trạng thái chức năng.

Cấu trúc tinh thể MPXV H1 cho thấy hai điểm nóng cho sự phát triển thuốc kháng vi-rút mới. Vị trí tiếp xúc dimer là một điểm nóng, duy nhất cho các phân tử PTP / DSP. Ức chế sự đồng phân hóa H1 có khả năng ức chế sự đồng phân hóa và sự khử phosphoryl hóa của homodimer STAT1 phosphor-tyrosine được hoạt hóa. Điểm nóng thứ hai là vị trí hoạt động, mặc dù nằm xung quanh các vòng liên kết ion photphat với các cấu trúc chuỗi chính tương đương, có các chuỗi bên khác nhau, và do đó, tính đặc hiệu của cơ chất có thể bị thay đổi, mở đường cho sự phát triển thuốc kháng vi-rút.

Nhìn chung, kết quả nghiên cứu đã chứng minh cấu trúc tinh thể H1 có độ phân giải cao tạo nền tảng vững chắc để phân tích cơ học hơn và phát triển các loại thuốc kháng vi-rút mới chống lại các mầm bệnh vi-rút mới nổi.

*Thông báo quan trọng

bioRxiv xuất bản các báo cáo khoa học sơ bộ không được đánh giá ngang hàng và do đó, không được coi là kết luận, hướng dẫn thực hành lâm sàng / hành vi liên quan đến sức khỏe hoặc được coi là thông tin đã được thiết lập.