M2 양성자 채널

M2 proton channel
독감 바이러스 3D 모델(흰색으로 표시된 M2).

매트릭스-2(M2) 단백질은 양성자 선택형 바이로포린으로, 인플루엔자 A 바이러스의 바이러스 봉투에 통합되어 있다. 채널 자체는 호모테트라머(동일한 M2 4개 유닛의 협의체)로, 유닛은 이황화합물 2개로 안정화된 나선형으로, 낮은 pH로 활성화된다. M2 단백질은 M1 단백질과 함께 일곱 번째 RNA 부분에 인코딩된다. 인플루엔자 A에서 M2 단백질에 의한 양성자 전도성은 바이러스 복제에 필수적이다.

인플루엔자 B와 C형 바이러스는 각각 "BM2"와 "CM2"라는 유사한 기능을 가진 단백질을 암호화한다. 그들은 전체적인 구조와 메커니즘이 유사함에도 불구하고, 순서 수준에서 M2와 거의 유사성을 공유하지 않는다.[1]

구조

독감_M2
PDB 1nyj EBI.jpg
고체 nmr 분광법에 의한 m2 단백질 h+ 채널의 폐쇄 상태 구조
식별자
기호독감_M2
PfamPF00599
인터프로IPR002089
SCOP21mp6 / SCOPe / SUPFAM
TCDB1.A.19
OPM 슈퍼 패밀리185
OPM단백질2kqt

인플루엔자 A 바이러스에서 M2 단백질 단위는 97개의 아미노산 잔류물로 구성된 3개의 단백질 세그먼트로 구성된다. (i) 세포외 N-터미널 영역(리소스 1-23); (iii) 투과성 분절(TMS)(24–46); (iiiii) 세포내 C-터미널 영역(리소스 47–97). TMS는 이온 채널의 모공을 형성한다. 중요한 잔류물은 His37(pH 센서)의 이미다졸(imidazole)과 Trp41(게이트)의 세굴이다.[2] 이 영역은 인플루엔자 예방약인 아만타딘과 그 에틸 파생 리만타딘의 대상이며, 아마도 리만타딘의 메틸 파생상품인 아다프로민의 대상일 것이다. M2 세포질 꼬리의 처음 17개 잔여물은 보존도가 높은 암페타실 나선을 형성한다.[3]

세포질 꼬리 내에 있는 암페타닉 나선 잔여물(46–62)은 바이러스 싹트기와 조립에 역할을 한다. 인플루엔자 바이러스는 M2의 이러한 암페타닉 나선체를 이용하여 신생 목의 막 곡률을 콜레스테롤에 의존하는 방식으로 변화시킨다.[4] 세포질 꼬리의 잔여물 70–77은 M1에 결합하고 감염 바이러스 입자의 효율적인 생산을 위해 중요하다. 또한 이 지역에는 CBD(Cavolin binding domain)가 포함되어 있다. 채널의 C-단자 끝은 C-단자 암페타닉 나선에 트랜스 멤브레인 영역을 연결하는 루프(리지션 47–50)로 확장된다. (46–62) M2의 절단 형태에 관한 두가지 다른 고해상도 구조:M2막의 안팎에서 생기는 지역(잔류물 22–46)[5]뿐만 아니라 단백질(잔류물 18–60)더 긴 버전에 의해 연구되어 핵 자기 resona은 막관통 영역과 C말단 영역의 구간을 포함하는의 변종 형태의 결정 구조 보고되고 있다.nce(NMR).[6]

이 두 구조물은 또한 반인플루엔자 약물의 스테판계급에 대한 서로 다른 구속력을 시사한다. 낮은 pH 결정 구조에 따르면 아만타딘의 단일 분자는 잔류물 Val27, Ala30, Ser31, Gly34로 둘러싸인 모공 중간에 결합한다. 이와는 대조적으로 NMR 구조는 4개의 리모타딘 분자가 모공 외부 표면을 향하는 지질체에 결합하여 잔류물 Asp44 및 Arg45와 상호작용하는 것을 보여주었다. 그러나 최근의 솔리드 스테이트 NMR 분광기 구조는 M2 채널이 아만타딘을 위한 결합 부위가 2개 있고, 하나의 높은 친화도 부위가 N 단자 루멘에 있으며, 두 번째 낮은 친화도 부위가 C 단자 단백질 표면에 있다는 것을 보여준다.[7]

양성자 전도성 및 선택성

두 인플루엔자 A의 M2 이온 채널은 양성자의 선택성이 높다. 채널은 낮은 pH에 의해 활성화되며 전도성이 낮다.[8] 위치 37(His37)의 히스티딘 잔류물은 양성자 선택성과 pH 변조를 담당한다. His37이 글리신, 알라닌, 글루탐산, 세린 또는 트레오닌으로 대체되면 양성자 선택적 활성이 상실되고 돌연변이는 Na와+ K 이온도+ 운반할 수 있다. 돌연변이 단백질을 발현하는 세포에 이미다졸 완충제를 넣으면 이온 선택성이 부분적으로 구조된다.[9]

아차리아 외 연구진은 전도 메커니즘이 M2의 His37 imidazole moieties와 M2 번들 내부에 국한된 물 사이의 양성자 교환을 포함한다고 제안했다.[10] 기공 내의 물 분자는 수소 결합 네트워크 또는 His37로의 채널 입구에서 '수선'을 형성한다. 모공 라이닝 카보닐 그룹은 물 분자를 결합하는 것과 관련된 2차 쉘 상호작용을 통해 하이드로늄 이온을 안정시키기 위해 잘 배치되어 있다. 수소 결합 방향의 집합 스위치는 His37이 전도 사이클에서 동적으로 양성되고 감응되기 때문에 양성자 플럭스의 방향성에 기여할 수 있다.[11] His37 잔여물은 박스처럼 생긴 구조로, 근처에 잘 정돈된 산소 원자가 있는 물집들에 의해 양쪽으로 경계를 이루고 있다. 더 높은 pH와 더 낮은 pH에서 이전에 해결된 구조들 사이의 중간인 단백질 순응은 순응적 변화가 양성자 구배가 존재하는 곳에서 채널을 통한 비대칭 확산을 촉진할 수 있는 메커니즘을 제안한다. 더욱이 채널을 통해 확산되는 양자는 단일 His37 이미다졸로 국부화시킬 필요가 없고, 대신 His-box 및 관련 물집단에 걸쳐 소산화 될 수 있다.

함수

M2 채널 단백질은 고도로 선택적이고 pH로 조절되는 양성자 전도 채널을 형성할 수 있는 능력 때문에 바이러스성 엔벨롭의 필수 성분이다. M2 양성자 채널은 세포진입 시 바이러스성 외피에 걸쳐 pH를 유지하고, 바이러스 성숙 시 감염된 세포의 트랜스골기 막 전체에 걸쳐 pH를 유지한다. 바이러스가 수용체 매개 내분증에 의해 숙주세포로 들어가면서 내분산화가 일어난다. 이 낮은 pH는 M2 채널을 활성화하여 양자를 처녀핵으로 끌어들인다. 바이러스 내부의 산성화는 정전기 상호작용의 약화를 초래하고 M1과 바이러스 리보핵단백질(RNP) 복합체 사이의 분열을 초래한다. 후속 멤브레인 융접은 코팅되지 않은 RNP를 세포질에 방출하고, 세포질은 핵으로 가져와 바이러스 복제를 시작한다.

M2는 감염된 숙주세포 내에서 합성된 후 소포체 망막(ER)에 삽입되어 TGN(Trans-Golgi Network)을 통해 세포 표면으로 운반된다. 산성 TGN 내에서 M2는 H+ 이온을 루멘 밖으로 운반하고 헤마글루틴(HA)의 전이성 구성을 유지한다.[12] TGN 국산화에서 M2 단백질의 이온 채널 활성도가 NLRP3 인플람마솜 경로를 효과적으로 활성화하는 것으로 나타났다.[13]

M2의 다른 중요한 기능은 인플루엔자의 필라멘트 변종, 막의 변화, 그리고 싹트고 있는 처녀성의 방출에 대한 그것의 역할이다. M2는 바이러스 싹트기 부위를 안정시키며, M1과의 결합을 막는 M2의 돌연변이는 싹트기 현장의 필라멘트 형성을 저해할 수 있다.

운송반응

M2 채널에 의해 촉매되는 일반화된 운송 반응은 다음과 같다.

H++ (out) ⇌ H (in)

억제 및 저항

채널 차단제 아만타딘(빨간색으로 표시)과 복합적으로 인플루엔자 A바이러스 M2 단백질의 투과성 나선 테트라머. 양성자 수송을 중재하는 데 핵심적인 역할을 하는 것으로 알려진 고도로 보존된 트립토판과 히스티딘 잔여물이 스틱으로 표시된다. PDB: 3C9J.[14]

인플루엔자 바이러스 치료제인 아만타딘은 M2+ H 채널의 특정 차단제다. 그 약은 중앙 모공에 결합하여 침투한다.[14] 아만타딘이 있는 곳에서 바이러스성 언코팅과 분해는 불완전하다.[15] 아만타딘, 리모타딘 등 아만타딘 약물에 저항성을 부여한 돌연변이는 투과성 지역에서 발생하며 널리 퍼져 있다. 대부분의 저항성 바이러스는 S31N 돌연변이를 가지고 있다.[16] 순환 인플루엔자 A형 바이러스 중 요충지에 대한 내성은 지역마다 다르지만 2000년대 초반부터 세계적으로 크게 증가했다.[16][17] 미국 CDC는 대부분의 순환 균주가 현재 두 가지 약물에 내성이 있으며, 2021년 6월 현재에는 사용을 권장하지 않는다는 내용을 담은 정보를 발표했다.[18]

인플루엔자 B와 C M2 단백질

M2 양성자 채널
식별자
기호독감_B_M2
PfamPF04772
인터프로IPR006859
CM2
식별자
기호CM2
PfamPF03021
인터프로IPR004267

인플루엔자 B와 C 바이러스는 각각 "BM2"와 "CM2"라고 불리는 유사한 양성자 전이 기능을 가진 바이러스 단백질을 암호화한다. 그들은 전체적인 구조와 메커니즘이 유사함에도 불구하고, 순서 수준에서 M2와 거의 유사성을 공유하지 않는다.[1][19]

BM2

인플루엔자 B의 M2 단백질은 109개의 잔류물인 호모테트라머로 인플루엔자 A 단백질의 기능성 호몰로그램이다. 인플루엔자 AM2와 BM2 사이에는 채널 기능에 필수적인 TMS의 HXXW 시퀀스 모티브를 제외하고는 거의 시퀀스 호몰로지(sequence homology)가 없다. 양성자 전도 pH 프로파일은 AM2와 유사하지만, BM2 채널 활성도가 AM2보다 높고, BM2 활동은 아만타딘과 리모타딘에 완전히 무감각하다.[1] 2020년에 발표된 1.4–1.5 å 해상도의 인플루엔자 B 채널 구조는 채널 개방 메커니즘이 인플루엔자 A 채널의 그것과 다르다는 것을 보여주었다.[20]

CM2

CM2는 바이러스에서 게놈 포장에 역할을 할 수 있다.[21] CM2는 세포 내 pH를 조절하며, 이 용량에서 인플루엔자 A M2를 대체할 수 있다.[22]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c Pielak RM, Chou JJ (February 2011). "Influenza M2 proton channels". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. 1808 (2): 522–9. doi:10.1016/j.bbamem.2010.04.015. PMC 3108042. PMID 20451491.
  2. ^ Tang Y, Zaitseva F, Lamb RA, Pinto LH (October 2002). "The gate of the influenza virus M2 proton channel is formed by a single tryptophan residue". The Journal of Biological Chemistry. 277 (42): 39880–6. doi:10.1074/jbc.M206582200. PMID 12183461.
  3. ^ Holsinger LJ, Nichani D, Pinto LH, Lamb RA (March 1994). "Influenza A virus M2 ion channel protein: a structure-function analysis". Journal of Virology. 68 (3): 1551–63. doi:10.1128/JVI.68.3.1551-1563.1994. PMC 236612. PMID 7508997.
  4. ^ Rossman JS, Jing X, Leser GP, Lamb RA (September 2010). "Influenza virus M2 protein mediates ESCRT-independent membrane scission". Cell. 142 (6): 902–13. doi:10.1016/j.cell.2010.08.029. PMC 3059587. PMID 20850012.
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  6. ^ Schnell JR, Chou JJ (January 2008). "Structure and mechanism of the M2 proton channel of influenza A virus". Nature. 451 (7178): 591–5. Bibcode:2008Natur.451..591S. doi:10.1038/nature06531. PMC 3108054. PMID 18235503.
  7. ^ Cady SD, Schmidt-Rohr K, Wang J, Soto CS, Degrado WF, Hong M (February 2010). "Structure of the amantadine binding site of influenza M2 proton channels in lipid bilayers". Nature. 463 (7281): 689–92. Bibcode:2010Natur.463..689C. doi:10.1038/nature08722. PMC 2818718. PMID 20130653.
  8. ^ Mould JA, Li HC, Dudlak CS, Lear JD, Pekosz A, Lamb RA, Pinto LH (March 2000). "Mechanism for proton conduction of the M(2) ion channel of influenza A virus". The Journal of Biological Chemistry. 275 (12): 8592–9. doi:10.1074/jbc.275.12.8592. PMID 10722698.
  9. ^ Venkataraman P, Lamb RA, Pinto LH (June 2005). "Chemical rescue of histidine selectivity filter mutants of the M2 ion channel of influenza A virus". The Journal of Biological Chemistry. 280 (22): 21463–72. doi:10.1074/jbc.M412406200. PMID 15784624.
  10. ^ Acharya R, Carnevale V, Fiorin G, Levine BG, Polishchuk AL, Balannik V, Samish I, Lamb RA, Pinto LH, DeGrado WF, Klein ML (August 2010). "Structure and mechanism of proton transport through the transmembrane tetrameric M2 protein bundle of the influenza A virus". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (34): 15075–80. Bibcode:2010PNAS..10715075A. doi:10.1073/pnas.1007071107. PMC 2930543. PMID 20689043.
  11. ^ Thomaston JL, Alfonso-Prieto M, Woldeyes RA, Fraser JS, Klein ML, Fiorin G, DeGrado WF (November 2015). "High-resolution structures of the M2 channel from influenza A virus reveal dynamic pathways for proton stabilization and transduction". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (46): 14260–5. Bibcode:2015PNAS..11214260T. doi:10.1073/pnas.1518493112. PMC 4655559. PMID 26578770.
  12. ^ Sakaguchi T, Leser GP, Lamb RA (May 1996). "The ion channel activity of the influenza virus M2 protein affects transport through the Golgi apparatus". The Journal of Cell Biology. 133 (4): 733–47. doi:10.1083/jcb.133.4.733. PMC 2120830. PMID 8666660.
  13. ^ Ichinohe T, Pang IK, Iwasaki A (May 2010). "Influenza virus activates inflammasomes via its intracellular M2 ion channel". Nature Immunology. 11 (5): 404–10. doi:10.1038/ni.1861. PMC 2857582. PMID 20383149.
  14. ^ a b Thomaston JL, Alfonso-Prieto M, Woldeyes RA, Fraser JS, Klein ML, Fiorin G, DeGrado WF (November 2015). "High-resolution structures of the M2 channel from influenza A virus reveal dynamic pathways for proton stabilization and transduction". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (46): 14260–5. Bibcode:2015PNAS..11214260T. doi:10.1073/pnas.1518493112. PMC 4655559. PMID 26578770.
  15. ^ Greber UF, Singh I, Helenius A (February 1994). "Mechanisms of virus uncoating" (PDF). Trends in Microbiology. 2 (2): 52–6. doi:10.1016/0966-842X(94)90126-0. PMID 8162442.
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외부 링크