Při hledání nové léčby chřipky získají chemici nový pohled na působení vody kanálu chřipkového viru na vodu

Mezi uzavřeným (levým) a otevřeným (pravým) stavem transmembránového protonového kanálu proteinu M2 viru chřipky B lze pozorovat odlišnou dynamiku vody. Molekuly vody jsou v otevřeném stavu méně orientovány než v uzavřeném stavu, aby umožňovaly „přeskakování protonů“ vodíkovými vazbami ve vodě. Zápočet: Foto s laskavým svolením výzkumníků

Výzkum chování vody v protonovém kanálu poskytuje nové možnosti léčby chřipky.

V nedávné studii dynamiky vody skupina OSTATNÍ Chemici pod vedením profesora Mei Hong ve spolupráci s docentem Adamem Willardem zjistili, že voda v iontovém kanálu je anizotropní nebo částečně kompatibilní. Data vědců, první ve své třídě, potvrzují vztah mezi dynamikou vody a řádem pohybu protonů v iontovém kanálu. Práce také nabízí potenciální nové možnosti pro vývoj antivirotik nebo jiných způsobů léčby.

Členové laboratoře v Hongkongu provedli experimenty s nukleární rezonancí (NMR), aby prokázali přítomnost anizotropní vody v protonovém kanálu viru chřipky M, zatímco členové skupiny Willard provedli všechny nezávislé studie.atom simulace molekulární dynamiky k ověření a doplnění experimentálních dat. Jejich studie, jejíž nejstarším autorem je Hong, byla publikována v roce Komunikace v biologiia spoluautorem je Martin Gelenter, Venkata Mandala a Aurelio Dregni z Hong Lab a Michiel Niesen a Dina Sharon ze skupiny Willard.

Kanál vodní a chřipkový virus

Proteinový virus chřipky B BM2 je proteinový kanál, který okyseluje virus, což pomáhá uvolňovat jeho genetický materiál do infikovaných buněk. Voda v tomto kanálu hraje důležitou roli při napomáhání nakažlivosti viru chřipky, protože urychluje protonové vedení uvnitř kanálu, aby prošlo lipidovou membránou.

Dříve Hongova laboratoř zkoumala, jak je amino kyselina histidin přepravuje protony z vody do viru chřipky, ale nezkoumají podrobně samotné molekuly vody. Tato nová studie poskytuje chybějící článek pro úplné pochopení vazby řetězce vázajícího vodík mezi vodou a histidinem v kanálu M2. Aby bylo možné blokovat protein viru chřipky, musí být kanál zasunut do malých molekul – tj. Antivirotik – aby se mohl vodní kanál rozložit.

Aby se spojily vodíkové a vodné vazby pro „skákání protonů“, musí být molekuly vody alespoň částečně orientovány. Experimentální zjištění malého množství zbytkového vyrovnání molekul vody v kanálu bez zamrznutí vzorku je však velmi obtížné. Výsledkem je, že většina předchozích studií na toto téma byla provedena výpočetními chemiky, jako je Willard. Experimentální data na toto téma jsou obvykle omezena na krystalové struktury získané při kryogenních teplotách. Laboratoř v Hong Kongu používá relaxační techniku ​​NMR, kterou lze použít při ještě vyšších teplotách balmieru kolem 0 stupňů. Celsia. Při této teplotě se molekuly vody pomalu otáčejí, aby vědci mohli poprvé sledovat pohyb a zbytkovou orientaci kanálu.

Spousta prostoru, spousta objednávek

Důkazy získané z hongkongských NMR experimentů ukázaly, že molekuly vody v otevřeném stavu kanálu BM2 jsou vyrovnanější než v uzavřeném stavu, i když je v otevřeném stavu více molekul vody. Vědci našli tento zbývající řád odoláváním magnetické vlastnosti zvané chemická anizotropie pro vodní protony. Dlouhá řada vody při krátkém pH je šokující.

“Kdysi to nebylo proti nám,” řekl Hong. “Z mnoha minulých údajů NMR víme, že otevřený kanál obsahuje mnoho molekul vody, takže by si člověk myslel, že tyto molekuly vody by měly být více těkavé a netěkavé. Široká cesta. Ale ne, vody jsou ve skutečnosti méně korigováno v souladu se zbytkem NMR dat. “Simulace molekulární dynamiky ukazují, že tato sekvence je způsobena klíčovým selektivním protonovým zbytkem, histidinem, který je kladně kladen na nízké pH.

Pomocí NMR spektroskopie v pevné fázi a simulací molekulární dynamiky vědci také zjistili, že voda cirkuluje a překládá se po kanálu rychleji ve stavu s nízkým pH než v uzavřeném stavu s vysokým pH. Tyto výsledky současně ukazují, že molekuly vody procházejí malou amplitudovou reorientací, aby stanovily pořadí potřebné pro skákání protonů.

Inhibice protonového průchodu, inhibice viru

Pomocí simulované molekulární dynamiky vyvinuté Willardem a jeho skupinou vědci zjistili, že vodní síť má méně úzkých míst vázajících vodík než otevřený stav. Tímto způsobem rychlejší dynamika a vyšší pořadí orientace molekul vody v otevřeném proudu zlepšuje strukturu vodní sítě potřebnou pro přeskakování protonů a úspěšnou infekci ze strany viru.

Když virus chřipky vstoupí do buňky, jde do malého kompartmentu zvaného endosom. Komora endosomu je kyselá, která stimuluje protein k otevření průchodu s vodou a přemění se na virové protony. Kyselé pH má vysokou koncentraci vodíkových iontů, z čehož je protein M2 vyroben. Bez molekul vody, které přenášejí protony, nemohou protony dosáhnout histidinu, kritické zbytkové aminokyseliny. Histidin je zbývající selektivní proton, který se otáčí a přenáší protony nesené molekulami vody. Reléový řetězec mezi molekulami vody a histidinu je proto odpovědný za vedení protonu kanálem M2. Zjištění uvedená v tomto výzkumu lze proto validovat ve vztahu k vývoji antivirotik a dalších praktických aplikací.

Odkaz: „Orientace na vodu a dynamika uzavřeného a otevřeného protonového kanálu chřipkového viru B“ od Martina D. Gelentera, Venkata S. Mandaly, Michiel JM Niesena, Diny A. Sharona, Aurelia J. Dregniho, Adama P. Willarda a Mei Honga , 12. března 2021, Komunikace v biologii.
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

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Mineralogie hluboké kůry Země pohání hotspoty pro domácí život

Tým DeMMO Field zleva doprava: Lily Mumper, Britney Kruger a Caitlin Cesar vzorky zlomenin z vrtné soupravy DeMMO. Kredit: © Matt Kapost Pod zeleným...

Newsletter

Subscribe to stay updated.