Proteina M2

Proteina M2 Descrizione di questa immagine, commentata anche di seguito Struttura a stato chiuso del canale ionico M2 del virus dell'influenza A ripreso mediante NMR ( PDB  1NYJ ) Dominio proteico
Pfam PF00599
InterPro IPR002089
SCOP 1mp6
SUPERFAMIGLIA 1mp6
TCDB 1.A.19
Famiglia OPM 185
Proteina OPM 2kqt

La proteina M2 è una proteina della matrice dell'influenza A , di cui è una proteina di membrana integrale dell'involucro . Forma una viroporina specifica per i protoni H + . Questo canale ionico è un omotetramero delle proteine ​​M2 che appaiono come eliche α stabilizzate da due ponti disolfuro e che è attivo a pH acido . La proteina M2 è codificata , insieme alla proteina M1 , dal settimo segmento di RNA virale . La conduttanza protonica del canale M2 è essenziale per la replicazione virale .

Il virus dell'influenza B e il virus dell'influenza C codificano ciascuno una proteina chiamata BM2 e CM2, rispettivamente, la cui sequenza peptidica è diversa ma la struttura e la funzione biologica sono simili a quelle della proteina M2.

Struttura

La proteina M2 dell'influenza A è costituita da tre campi per un totale di 97  residui di amminoacidi  : (1) un dominio N- terminale extracellulare costituito da residui da n °  1 a 23; (2) un dominio transmembrana costituito dai residui # 24-46  ; (3) un citoplasma del dominio C- terminale costituito da residui da n °  47 a 97. Il segmento transmembrana, indicato con TMS , forma il poro del canale ionico . I residui importanti sono l' imidazolo di istidina 37, che agisce come un rivelatore di pH, e l' indolo di triptofano 41, che agisce come un cancello. Quest'area è il bersaglio certo degli antivirali come l' amantadina , il suo derivato ha etilato la rimantadina e probabilmente anche il suo derivato ha metilato l' adattatore . I primi 17 residui del dominio citoplasmatico della proteina M2 formano un'elica anfifilica altamente conservata.

Il residuo anfifilico n °  46 a 62 dell'elica della coda citoplasmatica gioca un ruolo nell'assemblaggio e nel germogliamento del virus. Il virus dell'influenza utilizza le eliche anfifiliche della proteina M2 per modificare la curvatura della membrana con l'aiuto di molecole di colesterolo nella cervice alla base del germogliamento del virione . I residui n °  70-77 della coda citoplasmatica sono importanti per il legame con la proteina M1 e per l' infettività  (en) particelle virali prodotte. Questa regione contiene anche un dominio di legame della caveolina , denominato CBD . L'estremità C -terminale del canale si estende in un loop ai residui n °  47-50 che collega il dominio transmembrana all'elica anfifilica C -terminale , che comprende i residui n °  46 a 62. Due strutture ad alta risoluzione differenti forme troncate di M2 sono state pubblicate: la struttura cristallina di una forma mutata della regione transmembrana (residui n °  22-46) e una versione più lunga della proteina (residui n °  18-60) contenente la regione transmembrana e un segmento del terminale C dominio analizzato mediante NMR .

Queste due strutture suggeriscono anche diversi siti di legame per antivirali della classe adamantano . A seconda della struttura cristallizzata a pH basso, una singola molecola di amantadina si lega al centro del poro, circondata dai residui Val27 , Ala30 , Ser30 e Gly34 . La struttura basata su NMR, d'altra parte, mostra quattro molecole di rimantadina legate all'esterno del poro sul bordo a contatto con il doppio strato lipidico e che interagiscono con i residui di Asp44 e Arg45 . Uno studio spettroscopico NMR mostra che il canale M2 ha due siti di legame per l'amantadina, un sito di alta affinità sul lato del lume C- terminale.e un altro sito, minore affinità, sul lato C- terminale sulla superficie della proteina.

Proteina M2 del virus dell'influenza B.

La proteina M2 del virus dell'influenza B è un omotetramero di catene peptidiche lunghe 109  residui di amminoacidi . È un omologo funzionale della proteina M2 del virus dell'influenza A , sebbene la sequenza di queste due proteine ​​non mostri praticamente alcuna somiglianza ad eccezione del motivo HXXXW - His - Xaa - Xaa - Xaa - Trp del segmento transmembrana, sequenza richiesta per lo ione funzione del canale . Il suo profilo di conduttanza protonica / pH è simile a quello della proteina M2 del virus dell'influenza A. Il canale ionico della proteina M2 del virus dell'influenza B è, tuttavia, più alto e questa attività è completamente insensibile all'amantadina e alla rimantadina .

Selettività e conduttanza protonica

La proteina M2 del canale ionico dei virus dell'influenza A e B è altamente selettiva per i protoni . Questo canale è attivato da un pH basso ( acido ) e ha una bassa conduttanza . Questa selettività per i protoni e quella modulazione della conduttanza da parte del pH provengono da residui di istidina in posizione 37 (His37). La sostituzione di questo residuo di istidina con glicina , alanina , glutammato , serina o treonina porta alla perdita di selettività per i protoni e la proteina mutante può anche trasportare ioni sodio Na + e potassio K + . L'aggiunta di imidazolo alle cellule che esprimono tali proteine ​​modificate ripristina parzialmente la selettività per i protoni. È possibile che il meccanismo di conduzione comporti uno scambio protonico tra l'imidazolo del residuo di istidina 37 della proteina M2 e le molecole d'acqua confinate nel canale di questa proteina.

Le molecole d'acqua nei pori formano reti legate da legami idrogeno che formano “cavi acquosi” dall'ingresso del canale al residuo His37. I gruppi carbonilici che rivestono i pori si trovano nei punti giusti per stabilizzare gli ioni idronio attraverso interazioni che coinvolgono molecole d'acqua a ponte. La commutazione collettiva dell'orientamento del legame idrogeno potrebbe contribuire alla direzionalità del flusso protonico poiché il residuo di istidina 37 viene protonato dinamicamente e deprotonato durante il ciclo di conduzione. I residui di istidina 37 formano una struttura a forma di scatola delimitata su entrambi i lati da grappoli di molecole d'acqua con atomi di ossigeno ben ordinati nelle vicinanze.

Note e riferimenti

  1. (in) Katsuyuki Nishimura Sanguk Kim, Li Zhang e TA Cross , "  The Closed State of a H + Channel Helical Bundle Combining Precise Orientational and Restraints Distance from Solid State NMR  " , Biochemistry , vol.  41, n o  44, 5 novembre 2002, p.  13170-13177 ( PMID  12403618 , DOI  10.1021 / bi0262799 , leggi in linea )
  2. (a) Rafal Pielak e il signor James J. Chou , "  l'influenza M2 canali protone  " , Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembrane , vol.  1808 n °  2 febbraio 2011, p.  522-529 ( PMID  20451491 , PMCID  3108042 , DOI  10.1016 / j.bbamem.2010.04.015 , leggi online )
  3. (in) Yajun Tang, Florina Zaitseva, Robert A. Lamb e Lawrence H. Pinto , "  Il canale protonico M2 del virus influenzale è formato da un singolo residuo di triptofano  " , Journal of Biological Chemistry , vol.  277, n .  42, 18 ottobre 2002, p.  39880-39886 ( PMID  12183461 , DOI  10.1074 / jbc.M206582200 , leggi in linea )
  4. (in) LJ Holsinger, D. Nichani LH Pinto RA Lamb , "  Influenza A virus M2 ion channel protein: a structure-function analysis  " , Journal of Virology , vol.  68, n o  3, Marzo 1994, p.  1551-1563 ( PMID  7508997 , PMCID  236612 , leggi in linea )
  5. (in) Jeremy S. Rossman, Xianghong Jing, George P. Leser, Robert A. Lamb e Show note a piè di pagina , "  Influenza Virus M2 Protein mediate membrane Independent ESCRT-Split  " , Cell , vol.  142, n o  6, 17 settembre 2010, p.  902-913 ( PMID  20850012 , PMCID  3059587 , DOI  10.1016 / j.cell.2010.08.029 , leggi online )
  6. (in) Amanda L. Stouffer, Rudresh Acharya, David Salom, Anna S. Levine, Luigi Di Costanzo, Cinque S. Soto, Valentina Tereshko, Vikas Nanda, Steven Stayrook e William F. DeGrado , "  Base strutturale per la funzione e inibizione di un canale protonico del virus dell'influenza  " , Nature , vol.  451, n o  7178, 31 gennaio 2008, p.  596-599 ( PMID  18235504 , PMCID  3889492 , DOI  10.1038 / nature06528 , Bibcode  2008Natur.451..596S , leggi online )
  7. (in) Jason R. Schnell e James J. Chou , "  Struttura e meccanismo del canale protonico M2 del virus dell'influenza A  " , Nature , vol.  451, n o  7178, 31 gennaio 2008, p.  591-595 ( PMID  18235503 , PMCID  3108054 , DOI  10.1038 / nature06531 , Bibcode  2008Natur.451..591S , leggi online )
  8. (in) Sarah D. Cady, Klaus Schmidt-Rohr, Jun Wang, Cinque S. Soto, William F. DeGrado e Hong Mei , "  Struttura del sito di legame dell'amantadina dei canali protonici M2 dell'influenza nei doppi strati lipidici  " , Nature , vol .  463, n o  7281, 4 febbraio 2010, p.  689-692 ( PMID  20130653 , PMCID  2818718 , DOI  10.1038 / nature08722 , Bibcode  2010Natur.463..689C , leggi online )
  9. (in) Jorgen A. Mold, Hui-Chun Li, Christine S. Dudlak James D. Lear, Andrew Pekosz, Robert A. Lamb e Lawrence H. Pinto , "  Mechanism for Proton Conduction of the M 2 Ion Channel of Influenza A Virus  " , Journal of Biological Chemistry , vol.  275, n o  12, 24 marzo 2000, p.  8592-8599 ( PMID  10722698 , DOI  10.1074 / jbc.275.12.8592 , leggi in linea )
  10. (in) Padmavati Venkataraman, Robert A. Lamb e Lawrence H. Pinto , "  Chemical Rescue of histidine Selectivity Filter Mutants of the M2 Ion Channel of Influenza A Virus  " , Journal of Biological Chemistry , vol.  280, n o  22, 3 giugno 2005, p.  21463-21472 ( PMID  15784624 , DOI  10.1074 / jbc.M412406200 , leggi in linea )
  11. (a) Rudresh Acharya, Vincenzo Carnevale, Giacomo Fiorin, Benjamin G. Levine, Alexei L. Polishchuk, Victoria Balannik Ilan Samish, Robert A. Lamb, Lawrence H. Pinto, William F. DeGrado e Michael L. Klein , "  Struttura e meccanismo di trasporto del protone attraverso il fascio di proteine ​​M2 tetramerica transmembrana del virus dell'influenza A  " , Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti d'America , vol.  107, n o  34, 24 agosto 2010, p.  15075-15080 ( PMID  20689043 , PMCID  2930543 , DOI  10.1073 / pnas.1007071107 , Bibcode  2010PNAS..10715075A , leggi online )
  12. (a) Jessica L. Thomaston, Mercedes Alfonso Prieto, Visualizza il profilo ORCID Rael A. Woldeyes, James S. Fraser, Michael L. Klein, Giacomo Fiorin e William F. DeGrado , "  Struttura ad alta risoluzione del canale M2 dall'influenza A virus rivelano percorsi dinamici per la stabilizzazione e la trasduzione del protone  " , Atti della National Academy of Sciences degli Stati Uniti d'America , vol.  112, n °  46, 17 novembre 2015, p.  14260-14265 ( PMID  26578770 , PMCID  4655559 , DOI  10.1073 / pnas.1518493112 , Bibcode  2015PNAS..11214260T , leggi online )