stringtranslate.com

Белок мембраны коронавируса

Мембранный белок (М) (ранее называемый E1 , иногда также матричным белком [2] ) представляет собой интегральный мембранный белок , который является наиболее распространенным из четырех основных структурных белков, обнаруженных в коронавирусах . [3] [4] [5] Белок М организует сборку вирионов коронавируса посредством белок-белковых взаимодействий с другими молекулами белка М, а также с тремя другими структурными белками: белками оболочки (E), шипа (S) и нуклеокапсида (N). [4] [6] [7] [8]

Структура

Белок M является трансмембранным белком с тремя трансмембранными доменами и имеет длину около 230 аминокислотных остатков . [8] [9] У SARS-CoV-2 , возбудителя COVID-19 , белок M имеет длину 222 остатка. [10] Его мембранная топология ориентирует C-конец к цитозольной поверхности мембраны и, таким образом, во внутреннюю часть вириона. Он имеет короткий N-концевой сегмент и более крупный C-концевой домен. Хотя последовательность белка не очень хорошо сохраняется во всех группах коронавирусов, существует консервативная амфипатическая область вблизи C-конца третьего трансмембранного сегмента. [8] [9]

M функционирует как гомодимер . [4] [5] Исследования белка M в нескольких коронавирусах с помощью криоэлектронной микроскопии выявили две различные функциональные конформации белка , которые, как полагают, играют различную роль в формировании белок-белковых взаимодействий с другими структурными белками. [5] Белок M SARS-CoV-2 гомологичен прокариотическому белку-транспортеру сахара SemiSWEET. [11]

Посттрансляционные модификации

M — это гликопротеин , гликозилирование которого варьируется в зависимости от подгруппы коронавируса; N-связанное гликозилирование обычно встречается в альфа- и гамма -группах, тогда как O-связанное гликозилирование обычно встречается в бета- группе. [8] [9] Существуют некоторые исключения; например, в SARS-CoV , бета-коронавирусе , белок M имеет один сайт N-гликозилирования. [8] [6] Состояние гликозилирования, по-видимому, не оказывает измеримого влияния на рост вируса. [6] [9] [12] Никаких других посттрансляционных модификаций для белка M не описано. [4]

Выражение и локализация

Ген , кодирующий белок M, расположен ближе к 3'-концу положительно-полярной РНК- геномы вируса , вместе с генами трех других структурных белков и различных вирус-специфических вспомогательных белков . [6] [8] M транслируется мембраносвязанными полисомами [6] для вставки в эндоплазматический ретикулум (ER) и транспортировки в промежуточный отсек эндоплазматический ретикулум-Гольджи (ERGIC), внутриклеточный отсек , который дает начало вирусной оболочке коронавируса , или в аппарат Гольджи . [8] [7] [6] Точная локализация зависит от конкретного вирусного белка. [13] Исследования субклеточной локализации белка M MERS-CoV обнаружили сигналы С-концевой последовательности, связанные с транспортировкой в ​​аппарат Гольджи. [14]

Функция

Иллюстрация вириона коронавируса в слизистой оболочке дыхательных путей , показывающая положение четырех структурных белков и компонентов внеклеточной среды. [15]

Белок М является наиболее распространенным белком в вирионах коронавируса . [8] [5] [4] Он необходим для репликации вируса. [4]

Вирусная сборка

Основная функция белка M — организация сборки новых вирионов. [4] Он участвует в установлении формы и морфологии вируса. Отдельные молекулы M взаимодействуют друг с другом, образуя вирусную оболочку [7] [9] [8] и могут быть способны исключать белки клетки-хозяина из вирусной мембраны. [5] Исследования белка M SARS-CoV показывают, что взаимодействия MM включают как N-, так и C-концы. [6] Коронавирусы умеренно плеоморфны , и конформационные вариации M, по-видимому, связаны с размером вириона. [5]

M образует белок-белковые взаимодействия со всеми тремя другими основными структурными белками. [4] [7] M необходим, но не достаточен для сборки вируса; M и белок E, экспрессируемые вместе, как сообщается, достаточны для образования вирусоподобных частиц , [7] хотя некоторые сообщения различаются в зависимости от экспериментальных условий и конкретного изучаемого вируса. [6] [13] В некоторых сообщениях M, по-видимому, способен вызывать искривление мембраны , [5] хотя другие сообщают, что одного M недостаточно для этого, и требуется E. [7] Хотя белок E не обязательно необходим , он, по-видимому, необходим для нормальной вирусной морфологии и может отвечать за установление искривления или инициирование вирусного почкования . [7] M также, по-видимому, играет функциональную роль на более поздних стадиях созревания вируса, секреции и почкования. [4]

Сообщается, что включение белка шипа (S), который необходим для сборки инфекционных вирионов, происходит посредством взаимодействий M и может зависеть от конкретных конформаций M. [5] [13] Сохраняющаяся амфипатическая область C-конца третьего трансмембранного сегмента важна для взаимодействий шипов. [13] Взаимодействия с M, по-видимому, необходимы для правильной субклеточной локализации S в месте почкования вируса. [12] M взаимодействует напрямую с белком нуклеокапсида (N), не требуя присутствия РНК . [6] Это взаимодействие, по-видимому, происходит в основном через C-концы обоих белков. [4]

Взаимодействие с иммунной системой

Человеческий HLA-A*02 01 (красный) и бета-2 микроглобулин (зеленый) в комплексе с пептидом, полученным из белка M SARS-CoV (желтый, показан как поверхность). Из PDB : 3I6G ​. [16]

Белок М в MERS-CoV , SARS-CoV и SARS-CoV-2 был описан как антагонист ответа на интерферон . [4] [17]

Белок М является иммуногенным и, как сообщается, является детерминантой гуморального иммунитета . [4] Были описаны реакции цитотоксических Т-клеток на М. [16] Антитела к эпитопам , обнаруженным в белке М, были обнаружены у пациентов, выздоровевших от тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС). [18]

Другие недавние исследования выявили, что мембранный белок SAS-COV-2 при обработке человеческих PBMC вызывает значительное увеличение провоспалительных медиаторов, таких как TNF и IL-6. [19] Также изучалось влияние экзогенного мембранного белка SARS-COV-2 на мышей. В этих исследованиях экзогенный мембранный белок, обработанный интраназально, вызвал значительное увеличение легочного воспаления у мышей, что привело к гистологическим изменениям в легких. [20]

Вход в клетку-хозяина

Сообщалось, что человеческий коронавирус NL63 полагается на белок M, а также на белок S для опосредования взаимодействий с клеткой-хозяином, предшествующих проникновению вируса . Считается, что M связывает протеогликаны гепарансульфата, находящиеся на поверхности клетки. [21]

Эволюция и сохранение

Исследование последовательностей SARS-CoV-2, собранных во время пандемии COVID-19, показало, что миссенс-мутации в гене M были относительно редки, и предполагало, что он находился под очищающим отбором . [22] Аналогичные результаты были описаны для более широких популяционных генетических анализов в более широком диапазоне родственных вирусов, обнаружив, что последовательности M и нескольких неструктурных белков в геноме коронавируса наиболее подвержены эволюционным ограничениям. [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. ^ Hu Y, Wen J, Tang L, Zhang H, Zhang X, Li Y и др. (май 2003 г.). «М-белок SARS-CoV: основные структурные и иммунологические свойства». Геномика, протеомика и биоинформатика . 1 (2): 118–130. doi :10.1016/S1672-0229(03)01016-7. PMC 5172243. PMID  15626342 . 
  3. ^ Томас С. Структура мембранного белка SARS-CoV-2 напоминает транспортер сахара SemiSWEET. Pathog Immun. 2020 19 октября;5(1):342-363.
  4. ^ abcdefghijkl Wong NA, Saier MH (январь 2021 г.). «Цикл инфекции SARS-Coronavirus: обзор вирусных мембранных белков, их функциональных взаимодействий и патогенеза». International Journal of Molecular Sciences . 22 (3): 1308. doi : 10.3390/ijms22031308 . PMC 7865831. PMID  33525632. 
  5. ^ abcdefgh Neuman BW, Kiss G, Kunding AH, Bhella D, Baksh MF, Connelly S и др. (апрель 2011 г.). «Структурный анализ белка M в сборке и морфологии коронавируса». Журнал структурной биологии . 174 (1): 11–22. doi :10.1016/j.jsb.2010.11.021. PMC 4486061. PMID 21130884  . 
  6. ^ abcdefghi Tseng YT, Wang SM, Huang KJ, Lee AI, Chiang CC, Wang CT (апрель 2010 г.). «Самосборка мембранного белка коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома». Журнал биологической химии . 285 (17): 12862–12872. doi : 10.1074/jbc.M109.030270 . PMC 2857088. PMID  20154085 . 
  7. ^ abcdefg 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 . ПМЦ 6537279 . ПМИД  31133031. 
  8. ^ abcdefghi Masters PS (2006). «Молекулярная биология коронавирусов». Достижения в области исследования вирусов . 66 : 193–292. дои : 10.1016/S0065-3527(06)66005-3. ISBN 9780120398690. PMC  7112330 . PMID  16877062.
  9. ^ abcde 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 . 
  10. ^ 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. 
  11. ^ Томас С. Структура мембранного белка SARS-CoV-2 напоминает транспортер сахара SemiSWEET. Pathog Immun. 2020 19 октября;5(1):342-363
  12. ^ ab Voss D, Pfefferle S, Drosten C, Stevermann L, Traggiai E, Lanzavecchia A, Becker S (июнь 2009 г.). «Исследования топологии мембраны, N-гликозилирования и функциональности мембранного белка SARS-CoV». Virology Journal . 6 (1): 79. doi : 10.1186/1743-422X-6-79 . PMC 2705359 . PMID  19534833. 
  13. ^ abcd Ujike M, Taguchi F (апрель 2015 г.). «Включение гликопротеинов спайка и мембраны в вирионы коронавируса». Вирусы . 7 (4): 1700–1725. doi : 10.3390/v7041700 . PMC 4411675. PMID  25855243 . 
  14. ^ Perrier A, Bonnin A, Desmarets L, Danneels A, Goffard A, Rouillé Y и др. (сентябрь 2019 г.). «C-концевой домен белка M коронавируса MERS содержит сигнал локализации транс-Гольджи сети». Журнал биологической химии . 294 (39): 14406–14421. doi : 10.1074/jbc.RA119.008964 . PMC 6768645. PMID  31399512 . 
  15. ^ 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 . 
  16. ^ ab Liu J, Sun Y, Qi J, Chu F, Wu H, Gao F и др. (октябрь 2010 г.). «Мембранный белок коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома действует как доминирующий иммуноген, выявленный кластерной областью новых функционально и структурно определенных эпитопов цитотоксических Т-лимфоцитов». Журнал инфекционных заболеваний . 202 (8): 1171–1180. doi :10.1086/656315. PMC 7537489 . PMID  20831383. 
  17. ^ Zheng Y, Zhuang MW, Han L, Zhang J, Nan ML, Zhan P и др. (декабрь 2020 г.). «Мембранный белок (М) коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2) ингибирует продукцию интерферона I и III типа, воздействуя на сигнализацию RIG-I/MDA-5». Signal Transduction and Targeted Therapy . 5 (1): 299. doi :10.1038/s41392-020-00438-7. PMC 7768267 . PMID  33372174. 
  18. ^ Pang H, Liu Y, Han X, Xu Y, Jiang F, Wu D и др. (октябрь 2004 г.). «Защитные гуморальные реакции на коронавирус, ассоциированный с тяжелым острым респираторным синдромом: последствия для разработки эффективной вакцины на основе белка». Журнал общей вирусологии . 85 (ч. 10): 3109–3113. doi : 10.1099/vir.0.80111-0 . PMID  15448374.
  19. ^ Хейстед, Т., Ли, Э., Чо, К., Гулликсон, Г., Хьюз, П., Крафсур, Г., ... и Скарнео, С. (2023). Исследование отдельных белков SARS-CoV-2 выявило иммуногенность мембранного белка in vitro и in vivo. Scientific Reports, 13(1), 22873.
  20. ^ Хейстед, Т., Ли, Э., Чо, К., Гулликсон, Г., Хьюз, П., Крафсур, Г., ... и Скарнео, С. (2023). Исследование отдельных белков SARS-CoV-2 выявило иммуногенность мембранного белка in vitro и in vivo. Scientific Reports, 13(1), 22873.
  21. ^ Наскальска А, Домбровска А, Щепанский А, Милевска А, Ясик КП, Пирц К (октябрь 2019 г.). «Мембранный белок коронавируса человека NL63 отвечает за взаимодействие с рецептором адгезии». Журнал вирусологии . 93 (19): e00355-19. дои : 10.1128/JVI.00355-19. ПМК 6744225 . ПМИД  31315999. 
  22. ^ Shen L, Bard JD, Triche TJ, Judkins AR, Biegel JA, Gai X (декабрь 2021 г.). «Возникающие варианты мембранного белка SARS-CoV-2, вызывающие беспокойство: высококонсервативная мишень с потенциальными патологическими и терапевтическими последствиями». Emerging Microbes & Infections . 10 (1): 885–893. doi :10.1080/22221751.2021.1922097. PMC 8118436 . PMID  33896413. 
  23. ^ Cagliani R, Forni D, Clerici M, Sironi M (июнь 2020 г.). «Вычислительный вывод отбора, лежащего в основе эволюции нового коронавируса, тяжелого острого респираторного синдрома коронавируса 2». Журнал вирусологии . 94 (12): e00411-20. doi :10.1128 / JVI.00411-20. PMC 7307108. PMID  32238584.