stringtranslate.com

Белок оболочки коронавируса

Белок оболочки (E) является самым маленьким и наименее хорошо охарактеризованным из четырех основных структурных белков, обнаруженных в вирионах коронавируса . [2] [3] [4] Это интегральный мембранный белок длиной менее 110 аминокислотных остатков ; [2] у SARS-CoV-2 , возбудителя Covid-19 , белок E имеет длину 75 остатков. [5] Хотя он не обязательно необходим для репликации вируса , отсутствие белка E может привести к аномально собранным вирусным капсидам или снижению репликации. [2] [3] E является многофункциональным белком [6] и, в дополнение к своей роли структурного белка в вирусном капсиде , считается, что он участвует в сборке вируса, вероятно, функционирует как виропорин и участвует в вирусном патогенезе . [2] [5]

Структура

Твердотельная ЯМР- структура пентамерной поры, образованной трансмембранными спиралями белка E вируса SARS-CoV-2 , который образует виропорин, проницаемый для катионов . [5] [4] Взято из PDB : 7K3G ​.

Белок E состоит из короткой гидрофильной N-концевой области, гидрофобного спирального трансмембранного домена и несколько гидрофильной C-концевой области. В SARS-CoV и SARS-CoV-2 C-концевая область содержит мотив связывания PDZ (PBM). [2] [5] Эта особенность, по-видимому, сохраняется только в группах коронавирусов альфа и бета , но не гамма . [2] В группах бета и гамма в C-концевой области обнаружен консервативный остаток пролина , вероятно, участвующий в нацеливании белка на аппарат Гольджи . [2]

Трансмембранные спирали белков E вирусов SARS-CoV и SARS-CoV-2 могут олигомеризоваться и, как было показано in vitro, образуют пентамерные структуры с центральными порами, которые служат катион -селективными ионными каналами . [5] Пентамеры белков E обоих вирусов были структурно охарактеризованы с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса . [5] [7]

Мембранная топология белка E изучалась у ряда коронавирусов с противоречивыми результатами; ориентация белка в мембране может быть переменной. [3] Баланс доказательств предполагает, что наиболее распространенная ориентация имеет C-конец, ориентированный к цитоплазме . [8] Исследования белка E SARS-CoV-2 согласуются с этой ориентацией. [5] [9]

Посттрансляционные модификации

У некоторых, но не у всех коронавирусов, белок E посттрансляционно модифицируется пальмитоилированием консервативных остатков цистеина . [2] [8] В белке E SARS-CoV обнаружен один сайт гликозилирования , который может влиять на топологию мембраны; [8] однако функциональное значение гликозилирования E неясно. [2] Также было описано убиквитинирование E SARS-CoV, хотя его функциональное значение также неизвестно. [2]

Выражение и локализация

Белок E экспрессируется в большом количестве в инфицированных клетках. Однако только небольшое количество общего продуцируемого белка E обнаруживается в собранных вирионах . [2] [4] Белок E локализуется в эндоплазматическом ретикулуме , аппарате Гольджи и промежуточном компартменте эндоплазматический ретикулум–Гольджи (ERGIC), внутриклеточном компартменте, который дает начало вирусной оболочке коронавируса . [2] [5]

Функция

Необходимость

Исследования различных коронавирусов пришли к разным выводам о том, необходим ли E для репликации вируса. В некоторых коронавирусах, включая MERS-CoV , E, как сообщается, необходим. [10] В других, включая мышиный коронавирус [11] и SARS-CoV, E не является необходимым, хотя его отсутствие снижает титр вируса , [12] в некоторых случаях, внося дефекты распространения или вызывая аномальную морфологию капсида. [2]

Вирионы и вирусная сборка

Иллюстрация вириона коронавируса в слизистой оболочке дыхательных путей , показывающая положение четырех структурных белков и компонентов внеклеточной среды [13]

Белок E обнаруживается в собранных вирионах, где он образует белок-белковые взаимодействия с белком мембраны коронавируса (M), наиболее распространенным из четырех структурных белков, содержащихся в вирусном капсиде . [2] [4] Взаимодействие между E и M происходит через их соответствующие C-концы на цитоплазматической стороне мембраны. [2] В большинстве коронавирусов E и M достаточны для образования вирусоподобных частиц , [2] [4] хотя сообщалось, что SARS-CoV также зависит от N. [14] Существуют убедительные доказательства того, что E участвует в индукции кривизны мембраны для создания типичного сферического вириона коронавируса. [2] [15] Вероятно, что E участвует в почковании или расщеплении вируса, хотя его роль в этом процессе недостаточно изучена. [2] [4] [15]

Виропорин

E виропорин открывается при кислом pH. Открытое состояние розового цвета представляет собой широкий N-конец. Наоборот, C-конец сужается в открытом состоянии, что приближает полярные боковые цепи Thr35 и Arg38 к гидрофобным воротам в Leu28. Это предположительно снижает энергетический барьер для ионов, пересекающих канал.

В своем пентамерном состоянии E образует катион -селективные ионные каналы и, вероятно, функционирует как виропорин . [5] Исследования ЯМР показывают, что виропорин представляет открытую конформацию при низком pH или в присутствии ионов кальция, в то время как закрытая конформация предпочтительна при основном pH. [16] Структура ЯМР показывает гидрофобные ворота на лейцине 28 в середине поры. Прохождение ионов через ворота, как полагают, облегчается полярными остатками на С-конце. [17]

Утечка катионов может нарушить ионный гомеостаз , изменить проницаемость мембраны и изменить pH в клетке-хозяине, что может способствовать высвобождению вируса. [2] [4]


Роль белка E как виропорина, по-видимому, участвует в патогенезе и может быть связана с активацией инфламмасомы . [ 3] [18] При SARS-CoV мутации, которые нарушают функцию ионного канала E, приводят к ослаблению патогенеза в моделях на животных, несмотря на незначительное влияние на рост вируса. [10]


Взаимодействие с белками хозяина

Структура криоэлектронной микроскопии взаимодействия между мотивом связывания PDZ белка E SARS-CoV-2 (пурпурный) и конструкцией, содержащей домены PDZ (синий), SH3 (желтый) и гуанилаткиназоподобный (GK, зеленый) из белка клетки-хозяина, человеческого PALS1 [19]

Белково-белковые взаимодействия между E и белками в клетке-хозяине лучше всего описаны в SARS-CoV и происходят через мотив связывания домена PDZ C-конца . Сообщалось, что белок E SARS-CoV взаимодействует с пятью белками клетки-хозяина: Bcl-xL , PALS1, синтенин , субъединица АТФазы натрия/калия (Na+/K+) α-1 и стоматин . [2] Взаимодействие с PALS1 может быть связано с патогенезом через возникающее нарушение плотных контактов . [3] [10] Это взаимодействие также было выявлено в SARS-CoV-2 . [19]

Эволюция и сохранение

Последовательность белка E не очень хорошо сохраняется среди родов коронавирусов, при этом идентичность последовательностей достигает менее 30%. [12] В лабораторных экспериментах на вирусе гепатита мышей замена белков E из разных коронавирусов, даже из разных групп, могла привести к получению жизнеспособных вирусов, что предполагает, что значительное разнообразие последовательностей может быть допустимо в функциональных белках E. [20] Белок E SARS-CoV-2 очень похож на белок SARS-CoV, с тремя заменами и одной делецией . [4] Исследование последовательностей SARS-CoV-2 предполагает, что белок E развивается относительно медленно по сравнению с другими структурными белками. [21] Консервативная природа белка оболочки среди вариантов SARS-CoV и SARS-CoV-2 привела к его исследованию в качестве потенциальной цели для разработки универсальной вакцины против коронавируса . [22] [23]

Ссылки

  1. ^ Солодовников, Алексей; Архипова Валерия (29 июля 2021 г.). «Достоверно красиво: как мы сделали 3D-модель SARS-CoV-2». Н+1. Архивировано из оригинала 30 июля 2021 г. Проверено 30 июля 2021 г.
  2. ^ abcdefghijklmnopqrst Шуман Д., Филдинг, Британская Колумбия (май 2019 г.). «Белок оболочки коронавируса: современные знания». Вирусологический журнал . 16 (1): 69. дои : 10.1186/s12985-019-1182-0 . ПМК 6537279 . ПМИД  31133031. 
  3. ^ abcde Schoeman D, Fielding BC (2020-09-03). «Есть ли связь между белком оболочки патогенного человеческого коронавируса и иммунопатологией? Обзор литературы». Frontiers in Microbiology . 11 : 2086. doi : 10.3389/fmicb.2020.02086 . PMC 7496634. PMID  33013759 . 
  4. ^ abcdefgh Cao Y, Yang R, Lee I, Zhang W, Sun J, Wang W, Meng X (июнь 2021 г.). «Характеристика белка E SARS-CoV-2: последовательность, структура, виропорин и ингибиторы». Protein Science . 30 (6): 1114–1130. doi :10.1002/pro.4075. PMC 8138525 . PMID  33813796. 
  5. ^ abcdefghi Mandala VS, McKay MJ, Shcherbakov AA, Dregni AJ, Kolocouris A, Hong M (декабрь 2020 г.). «Структура и связывание лекарственных средств трансмембранного домена белка оболочки SARS-CoV-2 в липидных бислоях». Nature Structural & Molecular Biology . 27 (12): 1202–1208. doi :10.1038/s41594-020-00536-8. PMC 7718435 . PMID  33177698. 
  6. ^ Лю DX, Юань Q, Ляо Y (август 2007 г.). «Белок оболочки коронавируса: небольшой мембранный белок с множеством функций». Cellular and Molecular Life Sciences . 64 (16): 2043–2048. doi :10.1007/s00018-007-7103-1. PMC 7079843 . PMID  17530462. 
  7. ^ Сурья В., Ли Ю, Торрес Дж. (июнь 2018 г.). «Структурная модель Е-канала коронавируса SARS в мицеллах ЛМПГ». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1860 (6): 1309–1317. дои : 10.1016/j.bbamem.2018.02.017. ПМК 7094280 . ПМИД  29474890. 
  8. ^ abc Fung TS, Liu DX (июнь 2018 г.). «Посттрансляционные модификации белков коронавируса: роли и функции». Future Virology . 13 (6): 405–430. doi :10.2217/fvl-2018-0008. PMC 7080180. PMID 32201497  . 
  9. ^ Дуарт Дж., Гарсиа-Муррия М.Дж., Грау Б., Акоста-Касерес Х.М., Мартинес-Хиль Л., Мингарро I (сентябрь 2020 г.). «Топология оболочечного белка SARS-CoV-2 в мембранах эукариот». Открытая биология . 10 (9): 200209. doi :10.1098/rsob.200209. ПМК 7536074 . ПМИД  32898469. 
  10. ^ abc ДеДиего М.Л., Ньето-Торрес Х.Л., Хименес-Гуарденьо Х.М., Регла-Нава Х.А., Кастаньо-Родригес С., Фернандес-Дельгадо Р. и др. (декабрь 2014 г.). «Гены вирулентности коронавируса с упором на ген оболочки SARS-CoV». Вирусные исследования . 194 : 124–137. doi : 10.1016/j.virusres.2014.07.024. ПМК 4261026 . ПМИД  25093995. 
  11. ^ Куо Л, Мастерс ПС (апрель 2003 г.). «Малый белок оболочки E не является необходимым для репликации мышиного коронавируса». Журнал вирусологии . 77 (8): 4597–4608. doi :10.1128/JVI.77.8.4597-4608.2003. PMC 152126. PMID  12663766 . 
  12. ^ ab Ruch TR, Machamer CE (март 2012 г.). «Белок коронавируса E: сборка и не только». Вирусы . 4 (3): 363–382. doi : 10.3390/v4030363 . PMC 3347032. PMID  22590676 . 
  13. ^ Goodsell DS, Voigt M, Zardecki C, Burley SK (август 2020 г.). «Интегративная иллюстрация для распространения информации о коронавирусе». PLOS Biology . 18 (8): e3000815. doi : 10.1371/journal.pbio.3000815 . PMC 7433897. PMID  32760062 . 
  14. ^ Siu YL, Teoh KT, Lo J, Chan CM, Kien F, Escriou N и др. (ноябрь 2008 г.). «Структурные белки M, E и N коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома необходимы для эффективной сборки, транспортировки и высвобождения вирусоподобных частиц». Journal of Virology . 82 (22): 11318–11330. doi :10.1128/JVI.01052-08. PMC 2573274 . PMID  18753196. 
  15. ^ ab J Alsaadi EA, Jones IM (апрель 2019 г.). «Мембраносвязывающие белки коронавирусов». Future Virology . 14 (4): 275–286. doi :10.2217/fvl-2018-0144. PMC 7079996. PMID  32201500 . 
  16. ^ Medeiros-Silva J, Somberg NH, Wang HK, McKay MJ, Mandala VS, Dregni AJ, Hong M (апрель 2022 г.). «pH- и кальций-зависимые ароматические сети в белке оболочки SARS-CoV-2». Журнал Американского химического общества . 144 (15): 6839–6850. doi :10.1021/jacs.2c00973. PMC 9188436. PMID  35380805 . 
  17. ^ Медейрос-Сильва Дж., Дрегни А.Дж., Сомберг Н.Х., Дуан П., Хонг М. (октябрь 2023 г.). «Атомная структура открытого виропорина SARS-CoV-2 E». Достижения науки . 9 (41): eadi9007. doi : 10.1126/sciadv.adi9007. ПМЦ 10575589 . ПМИД  37831764. 
  18. ^ Nieto-Torres JL, DeDiego ML, Verdiá-Báguena C, Jimenez-Guardeño JM, Regla-Nava JA, Fernandez-Delgado R и др. (май 2014 г.). «Активность ионного канала белка оболочки коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома способствует приспособленности вируса и патогенезу». PLOS Pathogens . 10 (5): e1004077. doi : 10.1371/journal.ppat.1004077 . PMC 4006877. PMID  24788150 . 
  19. ^ ab Chai J, Cai Y, Pang C, Wang L, McSweeney S, Shanklin J, Liu Q (июнь 2021 г.). "Структурная основа распознавания белка оболочки SARS-CoV-2 белка соединения клеток человека PALS1". Nature Communications . 12 (1): 3433. Bibcode :2021NatCo..12.3433C. doi :10.1038/s41467-021-23533-x. PMC 8187709 . PMID  34103506. 
  20. ^ Куо Л., Херст К. Р., Мастерс П. С. (март 2007 г.). «Исключительная гибкость в требованиях к последовательности для функции малого белка оболочки коронавируса». Журнал вирусологии . 81 (5): 2249–2262. doi :10.1128/JVI.01577-06. PMC 1865940. PMID  17182690 . 
  21. ^ Рахман М.С., Хок М.Н., Ислам М.Р., Ислам И., Мишу ИД, Рахаман М.М. и др. (март 2021 г.). «Мутационные идеи белка оболочки SARS-CoV-2». Gene Reports . 22 : 100997. doi : 10.1016 /j.genrep.2020.100997. PMC 7723457. PMID  33319124. 
  22. ^ Бхаттачарья С., Банерджи А., Рэй С. (март 2021 г.). «Разработка новой вакцинной мишени против SARS-CoV2 с использованием белка оболочки (E): эволюционное, молекулярное моделирование и исследование на основе стыковки». Международный журнал биологических макромолекул . 172 : 74–81. doi : 10.1016/j.ijbiomac.2020.12.192. PMC 7833863. PMID 33385461  . 
  23. ^ Chen J, Deng Y, Huang B, Han D, Wang W, Huang M и др. (2022-02-24). «ДНК-вакцины, экспрессирующие белки оболочки и мембраны, обеспечивают частичную защиту от SARS-CoV-2 у мышей». Frontiers in Immunology . 13 : 827605. doi : 10.3389/fimmu.2022.827605 . PMC 8907653. PMID  35281016 .