Loading ...Геном вируса SARS-CoV-2 кодирует 29 белков, один из которых представляет собой ионный канал под названием E. Этот канал, транспортирующий протоны и ионы кальция, побуждает инфицированные клетки запускать воспалительную реакцию, которая повреждает ткани и способствует развитию симптомов. COVID-19.
Химики Массачусетского технологического института теперь обнаружили структуру «открытого» состояния этого канала , позволяющего ионам проходить через него. Эта структура в сочетании со структурой «закрытого» состояния, о которой сообщила та же лаборатория в 2020 году, может помочь ученым выяснить, что заставляет канал открываться и закрываться. Эти структуры также могут помочь исследователям в разработке противовирусных препаратов , которые блокируют канал и помогают предотвратить воспаление.
«Канал Е является мишенью противовирусных препаратов. Если вы можете остановить передачу кальция по этому каналу в цитоплазму, то у вас есть способ уменьшить цитотоксические эффекты вируса», — говорит Мэй Хонг, профессор химии Массачусетского технологического института и старший научный сотрудник. автор исследования.
Постдок Массачусетского технологического института Жоау Медейрос-Сильва является ведущим автором исследования, опубликованного в журнале Science Advances . Авторами статьи также являются постдоки Массачусетского технологического института Аурелио Дрегни и Пу Дуань, а также аспирант Ной Сомберг.
Открытые и закрытые
Хонг имеет большой опыт изучения структур белков, встроенных в клеточные мембраны, поэтому, когда в 2020 году началась пандемия COVID-19, она обратила свое внимание на Е-канал коронавируса.
Когда SARS-CoV-2 заражает клетки, E-канал внедряется в мембрану, окружающую клеточную органеллу, называемую промежуточным компартментом ER-Гольджи (ERGIC). Внутренняя часть ERGIC имеет высокую концентрацию протонов и ионов кальция , которые E-канал переносит из ERGIC в цитоплазму клетки. Этот приток протонов и кальция приводит к образованию мультибелковых комплексов, называемых инфламмасомами, которые вызывают воспаление.
Для изучения встроенных в мембрану белков, таких как ионные каналы , Хонг разработал методы, использующие спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для выявления структур этих белков на атомном уровне. В предыдущей работе ее лаборатория использовала эти методы для открытия структуры белка гриппа, известного как протонный канал М2, который, как и белок Е коронавируса, состоит из пучка нескольких спиральных белков.
В начале пандемии лаборатория Хонга использовала ЯМР для анализа структуры Е-канала коронавируса при нейтральном pH. Полученная структура, о которой сообщалось в 2020 году , состояла из пяти спиралей, плотно связанных вместе, что выглядело как закрытое состояние канала.
«К 2020 году мы усовершенствовали все технологии ЯМР для определения структуры такого рода альфа-спиральных пучков в мембране, поэтому мы смогли решить закрытую E-структуру примерно за шесть месяцев», — говорит Хонг.
Установив закрытую структуру, исследователи приступили к определению структуры открытого состояния канала. Чтобы заставить канал принять открытую конформацию, исследователи подвергли его более кислой среде, а также более высокому уровню ионов кальция. Они обнаружили, что в этих условиях верхнее отверстие канала (часть, которая входила в ERGIC) становилось шире и покрывалось молекулами воды . Такое покрытие воды делает канал более привлекательным для проникновения ионов.
Это отверстие поры также содержит аминокислоты с гидрофильными боковыми цепями, которые свисают с канала и помогают притягивать положительно заряженные ионы.
Исследователи также обнаружили, что, хотя закрытый канал имеет очень узкое отверстие вверху и более широкое отверстие внизу, в открытом состоянии все наоборот: шире вверху и уже внизу. Отверстие внизу также содержит гидрофильные аминокислоты, которые помогают проводить ионы через узкие «гидрофобные ворота» в середине канала, позволяя ионам в конечном итоге выйти в цитоплазму.
Рядом с гидрофобными воротами исследователи также обнаружили тугой «пояс», состоящий из трех копий фенилаланина, аминокислоты с ароматической боковой цепью. В зависимости от того, как устроены эти фенилаланины, боковые цепи могут либо проникать в канал, чтобы блокировать его, либо открываться, пропуская ионы.
«Мы считаем, что конформация боковой цепи этих трех регулярно расположенных остатков фенилаланина играет важную роль в регулировании закрытого и открытого состояния», — говорит Хонг.
Вирусный таргетинг
Предыдущие исследования показали, что когда вирусы SARS-CoV-2 мутируют и не производят Е-канал, вирусы вызывают гораздо меньше воспалений и наносят меньше повреждений клеткам-хозяевам.
Работая с коллегами из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, Хонг в настоящее время разрабатывает молекулы, которые могли бы связываться с Е-каналом и предотвращать перемещение ионов через него, в надежде создать противовирусные препараты, которые уменьшат воспаление, вызываемое SARS-CoV-2. .
Ее лаборатория также планирует изучить, как мутации в последующих вариантах SARS-CoV-2 могут повлиять на структуру и функцию Е-канала. В варианте омикрон одна из гидрофильных или полярных аминокислот, обнаруженных в отверстии пор, мутирует в гидрофобную аминокислоту, называемую изолейцин.
«Вариант E в омикроне — это то, что мы хотим изучить дальше», — говорит Хонг. «Мы можем создать мутанта и увидеть, как нарушение этой полярной сети меняет структурный и динамический аспект этого белка».
Новости партнеров:
Вам могло бы понравиться:
74
