Proteína M2

Proteína M2 Descrição desta imagem, também comentada abaixo Estrutura de estado fechado do canal iônico M2 do vírus influenza A com imagem por NMR ( PDB  1NYJ ) Domínio de proteína
Pfam PF00599
InterPro IPR002089
SCOP 1mp6
SUPERFAMÍLIA 1mp6
TCDB 1.A.19
Família OPM 185
Proteína OPM 2kqt

A proteína M2 é uma proteína da matriz da influenza A , da qual é uma proteína de membrana integral do envelope . Ele forma uma viroporina específica para prótons H + . Este canal iônico é um homotetrâmero de proteínas M2 que aparecem como hélices α estabilizadas por duas pontes dissulfeto e que é ativo em pH ácido . A proteína M2 é codificada , junto com a proteína M1 , pelo sétimo segmento de RNA viral . A condutância de prótons do canal M2 é essencial para a replicação viral .

O vírus influenza B e o vírus influenza C codificam, cada um, uma proteína chamada BM2 e CM2, respectivamente, cuja sequência peptídica é diferente, mas a estrutura e a função biológica são semelhantes às da proteína M2.

Estrutura

A proteína M2 de influenza A consiste em três campos num total de 97  resíduos de aminoácidos  : (1) um domínio N -terminal extracelular que consiste em resíduos de n o  1 a 23; (2) um domínio transmembranar que consiste nos resíduos # 24-46  ; (3) um domínio C -terminal citoplasmático que consiste nos resuos n o  47 a 97. O segmento transmembranar, denotado TMS , forma a poro do canal iónico . Os resíduos importantes são o imidazol da histidina 37, que atua como detector de pH, e o indol do triptofano 41, que atua como uma porta. Essa área é composta por certos antivirais- alvo , como a amantadina , seu derivado etilou a rimantadina e provavelmente também seu derivado metilou a adapromina . Os primeiros 17 resíduos do domínio citoplasmático da proteína M2 formam uma hélice anfifílica altamente conservada.

O resíduo anfifico n O  46-62 da hélice da cauda citoplasmática desempenha um papel na montagem e brotamento do vírus. O vírus da gripe usa as hélices anfifílicas da proteína M2 para alterar a curvatura da membrana com a ajuda de moléculas de colesterol no colo uterino na base do brotamento do vírion . Resuos n O  70-77 da cauda citoplasmática são importantes para a ligação com a protea M1 e para a infecciosidade  (en) partículas virais produzidas. Esta região também contém um domínio de ligação de caveolina , denominado CBD . A extremidade C -terminal do canal estende-se num loop nos resuos n O  47-50, que liga o domínio transmembranar para a hélice anfifílica C -terminal , que compreende os resíduos n o  46 a 62. Dois elevadas estruturas de resolução diferentes formas truncadas de M2 proteína foram publicados: a estrutura cristalina de uma forma mutada da região transmembranar (resuos n o  22-46) e uma versão mais longa da proteína (resíduos n o  18-60) que contêm a região transmembranar e um segmento do C -terminal domínio analisado por NMR .

Essas duas estruturas também sugerem diferentes locais de ligação para antivirais da classe do adamantano . Dependendo da estrutura cristalizada em baixo pH, uma única molécula de amantadina se liga no meio do poro, rodeada pelos resíduos Val27 , Ala30 , Ser30 e Gly34 . A estrutura baseia-RMN, por outro lado, mostra quatro rimantadina moléculas ligadas fora da poro na extremidade em contacto com a bicamada lipídica e interagindo com os Asp44 e Arg45 resíduos . Um estudo espectroscópico de NMR mostra que o canal M2 tem dois locais de ligação para a amantadina, um local de alta afinidade no lado do terminal C do lúmen .e outro local, de menor afinidade, no lado do terminal C na superfície da proteína.

Proteína M2 do vírus Influenza B

A proteína M2 do vírus influenza B é um homotetrâmero de cadeias de peptídeos com 109  resíduos de aminoácidos . É um homólogo funcional da proteína M2 do vírus influenza A , embora a sequência dessas duas proteínas não mostre praticamente nenhuma semelhança, exceto para o motivo HXXXW - His - Xaa - Xaa - Xaa - Trp - do segmento transmembrana, sequência necessária para o íon função de canal . Seu perfil de condutância de prótons / pH é semelhante ao da proteína M2 do vírus influenza A. O canal iônico da proteína M2 do vírus influenza B é, entretanto, mais alto, e esta atividade é completamente insensível à amantadina e à rimantadina .

Seletividade e condutância de prótons

A proteína M2 do canal iônico do vírus influenza A e influenza B é altamente seletiva para prótons . Este canal é ativado por baixo pH ( ácido ) e tem baixa condutância . Essa seletividade por prótons e essa modulação da condutância pelo pH se originam de resíduos de histidina na posição 37 (His37). A substituição desse resíduo de histidina por glicina , alanina , glutamato , serina ou treonina leva à perda de seletividade para prótons e a proteína mutante também pode transportar íons sódio Na + e potássio K + . A adição de imidazol às células que expressam tais proteínas modificadas restaura parcialmente a seletividade para os prótons. É possível que o mecanismo de condução envolva uma troca de prótons entre o imidazol do resíduo de histidina 37 da proteína M2 e as moléculas de água confinadas no canal dessa proteína.

As moléculas de água nos poros formam redes unidas por ligações de hidrogênio formando “cabos aquosos” da entrada do canal até o resíduo His37. Os grupos carbonila que revestem os poros estão localizados nos lugares certos para estabilizar os íons hidrônio por meio de interações envolvendo moléculas de água em ponte. A troca coletiva da orientação da ligação de hidrogênio pode contribuir para a direcionalidade do fluxo de prótons, uma vez que o resíduo de histidina 37 é dinamicamente protonado e desprotonado durante o ciclo de condução. Os resíduos de histidina 37 formam uma estrutura semelhante a uma caixa delimitada em ambos os lados por grupos de moléculas de água com átomos de oxigênio bem ordenados próximos.

Notas e referências

  1. (em) 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 de novembro de 2002, p.  13170-13177 ( PMID  12403618 , DOI  10.1021 / bi0262799 , ler online )
  2. (em) Rafal Pielak e Mr. James J. Chou , "  influenza M2 proton channels  " , Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes , vol.  1808 n o  2 fevereiro de 2011, p.  522-529 ( PMID  20451491 , PMCID  3108042 , DOI  10.1016 / j.bbamem.2010.04.015 , leia online )
  3. (em) Yajun Tang, Florina Zaitseva, Robert A. Lamb e Lawrence H. Pinto , "  The Gate of the Influenza Virus M2 Proton Channel Is Formed by a Single Tryptophan Residue  " , Journal of Biological Chemistry , vol.  277, n o  42, 18 de outubro de 2002, p.  39880-39886 ( PMID  12183461 , DOI  10.1074 / jbc.M206582200 , ler online )
  4. (em) 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, Março de 1994, p.  1551-1563 ( PMID  7508997 , PMCID  236612 , leia online )
  5. (em) Jeremy S. Rossman, Xianghong Jing, George P. Leser, Robert A. Lamb e Show footnotes , "  Influenza Virus M2 Protein mediate membrana Independent ESCRT-Split  " , Cell , vol.  142, n o  6, 17 de setembro de 2010, p.  902-913 ( PMID  20850012 , PMCID  3059587 , DOI  10.1016 / j.cell.2010.08.029 , leia online )
  6. (em) 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 , "  Structural basis for the function and inibição de um canal de prótons do vírus influenza  ” , Nature , vol.  451, n o  7178, 31 de janeiro de 2008, p.  596-599 ( PMID  18235504 , PMCID  3889492 , DOI  10.1038 / nature06528 , Bibcode  2008Natur.451..596S , ler online )
  7. (em) Jason R. Schnell e James J. Chou , "  Estrutura e mecanismo do canal de prótons M2 do vírus influenza A  " , Nature , vol.  451, n o  7178, 31 de janeiro de 2008, p.  591-595 ( PMID  18235503 , PMCID  3.108.054 , DOI  10.1038 / nature06531 , bibcode  2008Natur.451..591S , lido online )
  8. (em) Sarah D. Cady, Klaus Schmidt-Rohr, Jun Wang, Cinque S. Soto, William F. DeGrado e Hong Mei , "  Structure of the amantadine binding Site of influenza M2 proton channels in lipid bayers  " , Nature , vol .  463, n o  7281, 4 de fevereiro de 2010, p.  689-692 ( PMID  20130653 , PMCID  2818718 , DOI  10.1038 / nature08722 , Bibcode  2010Natur.463..689C , ler online )
  9. (em) 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 de março de 2000, p.  8592-8599 ( PMID  10722698 , DOI  10.1074 / jbc.275.12.8592 , ler online )
  10. (em) 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 de junho de 2005, p.  21463-21472 ( PMID  15784624 , DOI  10.1074 / jbc.M412406200 , ler online )
  11. (em) 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 , "  Estrutura e mecanismo de transporte de prótons através do feixe de proteína transmembrana tetramérica M2 do vírus influenza A  ” , Proceedings of the National Academy of Sciences dos Estados Unidos da América , vol.  107, n o  34, 24 de agosto de 2010, p.  15075-15080 ( PMID  20689043 , PMCID  2930543 , DOI  10.1073 / pnas.1007071107 , Bibcode  2010PNAS..10715075A , ler online )
  12. (em) Jessica L. Thomaston, Mercedes Alfonso Prieto, View ORCID ProfileRahel A. Woldeyes, James S. Fraser, Michael L. Klein, Giacomo Fiorin e William F. DeGrado , "  High-resolution structure of the M2 channel from influenza A vírus revelam vias dinâmicas para estabilização e transdução de prótons  ” , Proceedings of the National Academy of Sciences dos Estados Unidos da América , vol.  112, n o  46, 17 de novembro de 2015, p.  14260-14265 ( PMID  26578770 , PMCID  4655559 , DOI  10.1073 / pnas.1518493112 , Bibcode  2015PNAS..11214260T , ler online )