Кіріспе

Matrix 2 (M2) ақуызы – протонға селективті вирупорин, А тұмау вирусының вирустық қаптамасының құрамдас бөлігі. Каналдың өзі гомотетрамер (төрт бірдей M2 бірлігінен тұрады), мұнда бірліктер екі дисульфидтік байланыс арқылы тұрақталған спиральдар болып табылады және төмен pH деңгейінде белсендіріледі. M2 ақуызы M1 ақуызымен бірге жетінші РНК сегментінде кодталады. А тұмау вирусының M2 ақуызының протондарды өткізуі вирустың көбеюі үшін маңызды. В және С вирустары ұқсас функцияларды атқаратын "BM2" және "CM2" деп аталатын ақуыздарды кодтайды. Олардың жалпы құрылымы мен механизмі ұқсас болғанына қарамастан, тізбектес құрамы бойынша M2-мен аздап ұқсас.

Құрылымы

А вирусының тұмауында M2 ақуыз бірлігі 97 аминқышқыл қалдықтарын қамтитын үш ақуыз сегментінен тұрады: (i) жасушадан тыс N-терминальдық домен (қалдықтар 1–23); (ii) трансмембраналық сегмент (TMS) (қалдықтар 24–46); (iii) жасуша ішіндегі C-терминальдық домен (қалдықтар 47–97). ТМС иондық арнаның тесігін құрайды. Маңызды қалдықтар – His37 (pH сенсоры) имидазолы және Trp41 (гейт) индолы. Бұл домен тұмауға қарсы препараттар – амандадин және оның этил туындысы римантадин, сондай-ақ римантадиннің метил туындысы адапромин үшін нысана болып табылады. M2 цитоплазмалық құйрығының алғашқы 17 қалдықтары жоғары сақталған амфипатиялық спираль құрайды. Цитоплазмалық құйрықтағы амфипатиялық спираль қалдықтары (46–62) вирустың бүріккендеуі мен құрастырылуында рөл атқарады. Тұмау вирусы осы амфипатиялық спиральдерді M2-де пайдаланып, холестеролге тәуелді түрде вирустың бүріккендеу мойнындағы мембрананың қисықтығын өзгертеді. Цитоплазмалық құйрықтың 70–77 қалдықтары M1-ге байланысу және инфекциялық вирустық бөлшектердің тиімді өндірісі үшін маңызды. Бұл аймақта кавеолин байланысу домені (CBD) де бар. Арнаның C-терминалы C-терминальдық амфипатиялық спиральмен трансмембраналық доменді байланыстыратын циклге (қалдықтар 47–50) дейін созылады (46–62). M2-нің қысқартылған формаларының екі жоғары ажыратымды құрылымы туралы хабарланды: M2 трансмембраналық аймағының мутацияланған түрінің кристалдық құрылымы (қалдықтар 22–46), сондай-ақ трансмембраналық аймақты және ядролық магниттік резонанс (ЯМР) арқылы зерттелген C-терминальдық доменнің сегментін қамтитын ақуыздың ұзын нұсқасы (қалдықтар 18–60). Екі құрылым да тұмауға қарсы препараттардың адамантан класы үшін әртүрлі байланысу орындарын көрсетеді. Төмен pH кристалдық құрылымына сәйкес, амандадиннің бір молекуласы Val27, Ala30, Ser31 және Gly34 қалдықтарымен қоршалған тесіктің ортасында байланысады. Ал ЯМР құрылымы бойынша төрт римантадин молекуласы тесік қабатының липидке қараған сыртқы бетіне байланысып, Asp44 және Arg45 қалдықтарымен өзара әрекеттеседі. Алайда, соңғы қатты күйдегі ЯМР спектроскопиялық құрылымы M2 арнасында амандадиннің екі байланысу орны бар екенін көрсетеді, біреуі жоғары туыстық орын N-терминальдық люменде, екіншісі төмен туыстық орын C-терминальдық ақуыз бетінде.

Протондық өткізгіштік пен селективтілік

Грипп вирусының А типіндегі M2 иондық арнасы протондарға қатысты жоғары селективті. Арна төмен pH деңгейінде белсендіріледі және өткізгіштігі төмен. 37-ші қалыптағы (His37) гистидин қалдықтары осы протондық селективтілікке және pH модуляциясына жауапты. His37 глицинмен, аланинмен, глутамин қышқылымен, серинмен немесе треонинмен алмастырылғанда протонды таңдау белсенділігі жоғалады және мутант Na+ және K+ иондарын да тасымалдай алады. Мутант ақуыздарды экспрессиялейтін жасушаларға имидазол буфері қосылғанда иондық селективтілік ішінара қалпына келтіріледі. Ачарья және авторлар тоқ өткізу механизмінің M2 және M2 шоғырының ішкі бөлігіне шектелген сулар арасындағы протон алмасуын қамтиды деп болжайды. Кесіндегі су молекулалары His37 арнасының кіреберісінен басталатын сутекті байланыстар желісін немесе «су сымдарын» құрайды. Кесінді қабатындағы карбонил топтары су молекулаларын байланыстыратын екінші қабық өзара әрекеттесу арқылы гидроний иондарын тұрақтандыруға ыңғайлы жағдайда орналасқан. Сутекті байланыстардың бағытының бірлескен өзгеруі His37 өткізгіш циклында динамикалық түрде протонды және депротонды болатындықтан, протон ағынының бағыттылығына әсер етуі мүмкін. His37 қалдықтары екі жағынан су кластерлерімен және жақын орналасқан оттегі атомдарымен шектелген қорап тәрізді құрылымды құрайды. Ақуыздың конформациясы, бұрын жоғары және төмен pH деңгейінде шешілген құрылымдар арасындағы аралық мәнді білдіреді, бұл конформациялық өзгерістер протон градиенті болғанда арна арқылы асимметриялық диффузияны жеңілдететін механизмді ұсынады. Сонымен қатар, арна арқылы диффузияланатын протондар бір His37 имидазолына локалдануы міндетті емес, керісінше, бүкіл His қорапшасында және оған байланысты су кластерлерінде таралуы мүмкін.

Функция

M2 арна протеині вирустық қаптаманың маңызды құрауышы болып табылады, себебі оның жоғары селективті, pH реттелетін, протон өткізетін арнаны құру қабілеті бар. M2 протондық арнасы вирус жасушаға енген кезде вирустық қаптамадағы және вирус пісіп жетілген кезде инфекцияланған жасушалардың транс-Гольги мембранасындағы pH деңгейін сақтайды. Вирус рецепторлық эндоцитоз арқылы жасушаға енгенде эндосомалық қышқылдану жүзеге асады. Бұл төмен pH M2 арнасын белсендіреді, ол протонды вирионның ядросына жеткізеді. Вирустың ішкі қабатының қышқылдануы электростатикалық өзара әрекеттесуді әлсіретеді және M1 мен вирустық рибонуклеопротеин (РНП) кешендерінің ажырауына себеп болады. Мембраналық бірігуден кейін, вирус репликациясын бастау үшін ядроға импортталатын қабықсыз РНП цитоплазмаға шығарылады. Инфекцияланған жасушада синтезделгеннен кейін M2 эндоплазмалық ретикулумға (ER) енгізіліп, транс-Гольги желісі (TGN) арқылы жасуша бетіне тасымалданады. Қышқыл TGN ішінде M2 H+ иондарын люменнен шығарып, гемагглютининнің (HA) тұрақсыз конфигурациясын сақтайды. TGN локализациясында M2 ақуызының иондық арна белсенділігі NLRP3 қабыну жолын тиімді белсендіретіні көрсетілген. M2-нің басқа да маңызды функциялары – тұмау вирусының жіп тәрізді штамдарын қалыптастырудағы, мембрананың бөлінуіндегі және бүршікленген вирионның шығарылуындағы рөлі. M2 вирус бүршікленетін жерді тұрақтандырады, ал M2-нің M1-ге байланысуына кедергі келтіретін мутациялар бүршіклену орнында жіптердің пайда болуын бұзуы мүмкін.

Ингибициялау және резистенттілік

Грипп вирусына қарсы препарат – амандадин – M2 H+ каналының спецификалық блокаторы болып табылады. Препарат орталық тесікке байланысып, оны бітеп тастайды. Амантадин мен римантадинді қоса алғанда, адамантан препараттарына төзімділікті тудыратын мутациялар трансмембраналық аймақта пайда болады және кеңінен таралған. Төзімді вирустардың басым көпшілігі S31N мутациясын алып жүреді. Айналымдағы грипп А вирустарының адамантанға төзімділігі аймақтар бойынша өзгереді, бірақ 2000-шы жылдардың басынан бері әлемдік деңгейде айтарлықтай артты. АҚШ-тың CDC ұйымының мәліметтеріне сәйкес, қазіргі айналымдағы штаммдардың көпшілігі екі қолжетімді препаратқа төзімді, және 2021 жылдың маусым айына қарай оларды қолдану ұсынылмайды.

В және С тұмауының M2 ақуыздары

В және С инфлюенция вирустары "BM2" және "CM2" деп аталатын, ұқсас протон тасымалдау функциясын атқаратын вириондық ақуыздарды кодтайды. Олардың аминоқышқылдық тізбегі M2-ге ұқсас болмаса да, жалпы құрылымы мен жұмыс істеу механизмі ұқсас.

BM2

Грипп B вирусының M2 протеині 109 қалдықтан тұрады, гомо тетрамер болып табылады және грипп A вирусының функционалдық гомологы болып келеді. Грипп AM2 және BM2 арасында, каналдың жұмысы үшін қажетті HXXXW тізбегінен басқа, тізбек гомологиясы шамалы. Оның протон өткізгіштігінің pH профилі AM2-ге ұқсас. Дегенмен, BM2 каналының активтілігі AM2-ге қарағанда жоғары, ал BM2 активтілігі амантадин мен римантадинге тікелей сезімтал емес.

CM2

CM2 вирустардағы геномды қаптауға қатысуы мүмкін. CM2 жасуша ішіндегі pH деңгейін реттейді және осы мүмкіндік бойынша A тұмауының M2 белгісін алмастыра алады.