Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
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.
The Matrix 2 (M2) protein is a proton selective viroporin, integral in the viral envelope of the influenza A virus. The channel itself is a homotetramer (consists of four identical M2 units), where the units are helices stabilized by two disulfide bonds, and is activated by low pH. The M2 protein is encoded on the seventh RNA segment together with the M1 protein. Proton conductance by the M2 protein in influenza A is essential for viral replication. Influenza B and C viruses encode proteins with similar function dubbed "BM2" and "CM2" respectively. They share little similarity with M2 at the sequence level, despite a similar overall structure and mechanism.
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.
In influenza A virus, M2 protein unit consists of three protein segments comprising 97 amino acid residues: (i) an extracellular N terminal domain (residues 1–23); (ii) a transmembrane segment (TMS) (residues 24–46); (iii) an intracellular C terminal domain (residues 47–97). The TMS forms the pore of the ion channel. The important residues are the imidazole of His37 (pH sensor) and the indole of Trp41 (gate). This domain is the target of the anti influenza drugs, amantadine and its ethyl derivative rimantadine, and probably also the methyl derivative of rimantadine, adapromine. The first 17 residues of the M2 cytoplasmic tail form a highly conserved amphipathic helix. The amphipathic helix residues (46–62) within the cytoplasmic tail play role in virus budding and assembly. The influenza virus utilizes these amphipathic helices in M2 to alter membrane curvature at the budding neck of the virus in a cholesterol dependent manner. The residues 70–77 of cytoplasmic tail are important for binding to M1 and for the efficient production of infectious virus particles. This region also contains a caveolin binding domain (CBD). The C terminal end of the channel extends into a loop (residues 47–50) that connects the trans membrane domain to the C terminal amphipathic helix. (46–62). Two different high resolution structures of truncated forms of M2 have been reported: the crystal structure of a mutated form of the M2 transmembrane region (residues 22–46), as well as a longer version of the protein (residues 18–60) containing the transmembrane region and a segment of the C terminal domain as studied by nuclear magnetic resonance (NMR). The two structures also suggest different binding sites for the adamantane class of anti influenza drugs. According to the low pH crystal structure a single molecule of amantadine binds in the middle of the pore, surrounded by residues Val27, Ala30, Ser31 and Gly34. In contrast, the NMR structure showed four rimantadine molecules bind to the lipid facing outer surface of the pore, interacting with residues Asp44 and Arg45. However, a recent solid state NMR spectroscopy structure shows that the M2 channel has two binding sites for amantadine, one high affinity site is in the N terminal lumen, and a second low affinity site on the C terminal protein surface.
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.
The M2 ion channel of both influenza A is highly selective for protons. The channel is activated by low pH and has a low conductance. Histidine residues at position 37 (His37) are responsible for this proton selectivity and pH modulation. When His37 is replaced with glycine, alanine, glutamic acid, serine or threonine, the proton selective activity is lost and the mutant can transport Na+ and K+ ions also. When imidazole buffer is added to cells expressing mutant proteins, the ion selectivity is partially rescued. Acharya et al. suggested that the conduction mechanism involves the exchange of protons between the His37 imidazole moieties of M2 and waters confined to the M2 bundle interior. Water molecules within the pore form hydrogen bonded networks or 'water wires' from the channel entrance to His37. Pore lining carbonyl groups are well situated to stabilize hydronium ions via second shell interactions involving bridging water molecules. A collective switch of hydrogen bond orientations may contribute to the directionality of proton flux as His37 is dynamically protonated and deprotonated in the conduction cycle. The His37 residues form a box like structure, bounded on either side by water clusters with well ordered oxygen atoms near by. The conformation of the protein, which is intermediate between structures previously solved at higher and lower pH, suggests a mechanism by which conformational changes might facilitate asymmetric diffusion through the channel in the presence of a proton gradient. Moreover, protons diffusing through the channel need not be localized to a single His37 imidazole, but instead may be delocalized over the entire His box and associated water clusters.
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.
The M2 channel protein is an essential component of the viral envelope because of its ability to form a highly selective, pH regulated, proton conducting channel. The M2 proton channel maintains pH across the viral envelope during cell entry and across the trans Golgi membrane of infected cells during viral maturation. As virus enters the host cell by receptor mediated endocytosis, endosomal acidification occurs. This low pH activates the M2 channel, which brings protons into the virion core. Acidification of virus interior leads to weakening of electrostatic interaction and leads to dissociation between M1 and viral ribonucleoprotein (RNP) complexes. Subsequent membrane fusion releases the uncoated RNPs into the cytoplasm which is imported to the nucleus to start viral replication. After its synthesis within the infected host cell, M2 is inserted into the endoplasmic reticulum (ER) and transported to the cell surface via trans Golgi network (TGN). Within the acidic TGN, M2 transports H+ ions out of the lumen, and maintains hemagglutinin (HA) metastable configuration. At its TGN localization, M2 protein's ion channel activity has been shown to effectively activate the NLRP3 inflammasome pathway. Other important functions of M2 are its role in formation of filamentous strains of influenza, membrane scission and the release of the budding virion. M2 stabilizes the virus budding site, and mutations of M2 that prevent its binding to M1 can impair filament formation at the site of budding.
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.
The anti influenza virus drug, amantadine, is a specific blocker of the M2 H+ channel. The drug binds in and occludes the central pore. Mutations conferring resistance to adamantane drugs, including amantadine and rimantadine, occur in the transmembrane region and are widespread. The large majority of resistant viruses carry the S31N mutation. Resistance to adamantanes among circulating influenza A viruses varies by region but has globally increased significantly since the early 2000s. The US CDC has released information stating that most circulating strains are now resistant to the two drugs available, and as of June 2021, their use is not recommended.
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.
Influenza B and C viruses encode virion proteins with similar proton transducing function dubbed "BM2" and "CM2" respectively. They share little similarity with M2 at the sequence level, despite a similar overall structure and mechanism.
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.
The M2 protein of influenza B is 109 residue long, homo tetramer and is a functional homolog of influenza A protein. There is almost no sequence homology between influenza AM2 and BM2 except for the HXXXW sequence motif in the TMS that is essential for channel function. Its proton conductance pH profile is similar to that of AM2. However, the BM2 channel activity is higher than that of AM2, and the BM2 activity is completely insensitive to amantadine and rimantadine.
CM2
CM2 вирустардағы геномды қаптауға қатысуы мүмкін. CM2 жасуша ішіндегі pH деңгейін реттейді және осы мүмкіндік бойынша A тұмауының M2 белгісін алмастыра алады.
CM2 may play a role in genome packaging in virions. CM2 adjusts intracellular pH, and is able to replace influenza A M2 in this capacity.