În căutarea unor noi tratamente antigripale, chimiștii obțin noi informații despre aducerea apei într-un canal al virusului gripal

Se observă diferite dinamici ale apei între stările închise (stânga) și deschise (dreapta) ale canalului protonal transmembranar al proteinei M2 a proteinei gripale B. Moleculele de apă sunt puțin mai orientate în stare deschisă decât în ​​stare închisă. „prin legături de hidrogen ale apei. Credit: imagine oferită de cercetători

Cercetările privind modul în care se comportă apa într-un canal de protoni oferă posibile noi modalități de a trata gripa.

Într-un nou studiu al dinamicii apei, o echipă de cu chimiștii conduși de profesorul Mei Hong, în colaborare cu profesorul asociat Adam Willard, au descoperit că apa dintr-un canal ionic este anizotropă sau parțial direcționată. Datele cercetătorilor, primele de acest fel, confirmă legătura dintre dinamica și ordinea apei cu conducerea protonilor într-un canal ionic. Lucrarea oferă, de asemenea, posibile noi căi pentru dezvoltarea medicamentelor antivirale sau a altor tratamente.

Membrii Laboratorului Hong efectuează experimente sofisticate de rezonanță magnetică nucleară (RMN) pentru a demonstra existența apei anizotrope în canalul de protoni al virusului gripal M, în timp ce membrii grupului Willard efectuează toateatom simulări de dinamică moleculară pentru validarea și mărirea datelor experimentale. Studiul lor, despre care Hong era vechiul autor, a fost publicat în Biologia comunicațiilorși a fost co-autor de Martin Gelenter, Venkata Mandala și Aurelio Dregni de la Hong Lab și Michiel Niesen și Dina Sharon din grupul Willard.

Apa canalului și virusul gripal

Proteina virusului gripal B2 este un canal proteic care acidifică virusul, ajutându-l să-și elibereze materialul genetic în celulele infectate. Apa din acest canal joacă un rol critic în a ajuta la infectarea virusului gripal, deoarece facilitează conducerea protonilor în canal pentru a traversa membrana lipidică.

Anterior, laboratorul Hong a studiat modul în care amino acid histidina transferă protoni din apă în virusul gripei, dar aceștia nu investigaseră ei înșiși moleculele de apă în detaliu. Acest nou studiu a furnizat veriga lipsă într-un sens complet al lanțului mixt legat de hidrogen între apă și histidină în canalul M2. Pentru a inhiba proteinele virusului gripal, canalul trebuie umplut cu molecule mici – adică medicamente antivirale – astfel încât calea apei să fie perturbată.

Pentru a armoniza legăturile de hidrogen apă-apă pentru „saltul de protoni”, moleculele de apă trebuie să fie cel puțin parțial orientate. Cu toate acestea, este extrem de dificil să detectați experimental cantitatea mică de reziduuri de molecule de apă într-un canal fără a îngheța proba. Drept urmare, majoritatea studiilor anterioare pe această temă au fost realizate de chimiști de calcul precum Willard. Datele experimentale despre acest subiect au fost de obicei limitate la structurile cristaline obținute la temperaturi criogene. Laboratorul Hong aprobă tehnica de relaxare RMN care poate fi utilizată la temperaturi foarte ușoare de aproximativ 0 grade centigrad. La această temperatură, moleculele de apă s-au rotit suficient de încet pentru ca cercetătorii să observe pentru prima dată mișcarea și orientarea resturilor din canal.

Mai mult spațiu, mai multă ordine

Dovezile furnizate de experimentele Hong RMN arată că moleculele de apă în stare deschisă ale canalului BM2 sunt mai aproximate decât cele în stare închisă, deși există multe mai multe molecule de apă deschisă. Cercetătorii au descoperit această secvență reziduală măsurând o proprietate magnetică numită anizotropie de deplasare chimică pentru protonii de apă. Căptușeala mai mare de apă la pH scăzut a fost o surpriză.

„A fost inițial contraintuitiv pentru noi”, spune Hong. „Știm din multe date RMN anterioare că canalul deschis are mai multe molecule de apă, așa că s-ar crede că aceste molecule de apă trebuie să fie mai neregulate și aleatorii în canalul mai larg. Dar nu, apele sunt de fapt direcționate puțin mai bine pe baza datelor de relaxare RMN. „Simulările moleculare dinamice au arătat că această ordine este condusă de principalul reziduu al selecției de protoni, o histidină, care este încărcată pozitiv la pH scăzut.

Folosind spectroscopia RMN în stare solidă și simulări ale dinamicii moleculare, cercetătorii au descoperit, de asemenea, că apa se rotea și se traduce prin canal mai repede în starea deschisă cu pH scăzut decât în ​​starea închisă cu pH ridicat. Aceste rezultate împreună arată că moleculele de apă suferă reorientări cu amplitudine mică pentru a stabili amplitudinea care este necesară pentru saltul protonului.

Inhibarea conducerii protonilor, blocarea virusului

Folosind simulări de dinamică moleculară efectuate de Willard și echipa sa, cercetătorii au putut observa că rețeaua de apă are mai puține constricții ale legăturii de hidrogen în stare deschisă decât în ​​cea închisă. Astfel, dinamica mai rapidă și ordinea de orientare superioară a moleculelor de apă din canalul deschis creează structura rețelei de apă care este necesară pentru săriturile de protoni și infecția cu succes de virus.

Când un virus gripal intră într-o celulă, acesta intră într-o mică diviziune numită endozom. Diviziunea endozomilor este acidă, ceea ce stimulează proteina să-și croiască drum prin apă și să conducă protonii către virus. PH-ul acid are o concentrație mare de ioni de hidrogen, care transportă proteina M2. Fără moleculele de apă pe care le transmit protonii, protonii nu vor ajunge la histidină, un reziduu critic de aminoacizi. Histidina este reziduul selectiv al protonilor și se rotește pentru a transfera protonii transportați de moleculele de apă. Lanțul de releu dintre moleculele de apă și histidină este responsabil pentru conducerea protonilor prin canalul M2. Prin urmare, constatările prezentate în această cercetare se pot dovedi importante pentru dezvoltarea medicamentelor antivirale și alte aplicații practice.

Referință: „Orientarea și dinamica apei în canalele protonice închise și deschise ale virusului gripal M2” de Martin D. Gelenter, Venkata S. Mandala, Michiel JM Niesen, Dina A. Sharon, Aurelio J. Dregni, Adam P. Willard și Mei Hong, 12 martie 2021, Biologia comunicațiilor.
DOI: 10.1038 / s42003-021-01847-2

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.