El motivo de la cremallera media la trimerización del pico del SARS-CoV-2 dentro de la membrana de la célula huésped


La pandemia de la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19) es causada por el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), que forma parte de una familia de virus caracterizados por la presencia de proteínas de pico en sus envolturas superficiales. La espiga no es un accesorio decorativo, sino un componente crucial del virus, que media su entrada en la célula huésped.

Un nuevo trabajo de investigación preimpreso publicado en el bioRxiv* El servidor describe los resultados de un estudio de resonancia magnética nuclear (RMN) para determinar la estructura del dominio transmembrana de la proteína S (TMD) y sus regiones proximales a la membrana.

El pico TMD

La proteína de pico del SARS-CoV-2s es el principal objetivo viral del sistema inmunológico del huésped, siendo la parte en forma de corona el ectodominio. Este está compuesto por el dominio de unión al receptor (RBD), el dominio transmembrana (TMD) y una cola citoplásmica (CT). La RMN se centró en el TMD, utilizando una estructura bicelar para imitar una bicapa lipídica.

El TMD tiene una actividad funcional importante, en lugar de ser una simple proteína de anclaje. Cuando el pico de SARS-CoV-2 se sustituye por la proteína G del virus de la estomatitis vesicular (VSV), la partícula resultante tenía una actividad de pico del 3% al 25% en relación con el virus de tipo salvaje.

En un estudio anterior, una mutación del punto de inserción en el TMD abolió la entrada viral. Esta proteína también parece capaz de formar trímeros, como se muestra al fusionar directamente el RBD con el TMD.

El estudio actual muestra que el TMD de pico forma un trímero usando un modo de ensamblaje de hélice transmembrana, visto en este contexto por primera vez.

Estructura de RMN del trímero TMH de SARS-CoV-2 S en bicela DMPC-DH6PC con q = 0,55.  (a) Representación de cinta (izquierda) de la estructura del trímero de TMH con los átomos pesados ​​de la cadena lateral de los residuos del núcleo mostrados como esferas;  los átomos de C de G1219 y G1223 también se muestran como esferas.  El empaque de la cadena lateral en cuatro niveles diferentes a lo largo del eje triple se ilustra con vistas superiores en sección del trimer (derecha).  (b) Representación de rueda helicoidal de una-hélice (3,6 residuos por vuelta) que muestra que los residuos hidrófobos del núcleo ocupan la posición 'a' de la repetición de la tétrada 'abcd'.  (c) Análisis teórico de la cremallera hidrófoba trimérica con repetición de tétrada.  La línea formada por los átomos de C de los residuos en la posición 'a' está inclinada ~ 17º con respecto al eje helicoidal.  La rotación de la hélice en 17º coloca los residuos de la posición a en línea con el eje triple para una formación óptima del núcleo hidrófobo.

Estructura de RMN del trímero TMH de SARS-CoV-2 S en bicela DMPC-DH6PC con q = 0,55. (a) Representación de cinta (izquierda) de la estructura del trímero de TMH con los átomos pesados ​​de la cadena lateral de los residuos del núcleo mostrados como esferas; los átomos de C de G1219 y G1223 también se muestran como esferas. El empaque de la cadena lateral en cuatro niveles diferentes a lo largo del eje triple se ilustra con vistas superiores en sección del trímero (derecha). (b) Representación de rueda helicoidal de un α-hélice (3,6 residuos por vuelta) que muestra que los residuos hidrófobos del núcleo ocupan la posición ‘a’ de la repetición de la tétrada ‘abcd’. (c) Análisis teórico de la cremallera hidrófoba trimérica con repetición de tétrada. La línea formada por el los átomos de los residuos en la posición ‘a’ están inclinados ~ 17º con respecto al eje helicoidal. La rotación de la hélice en 17º coloca los residuos de la posición a en línea con el eje triple para una formación óptima del núcleo hidrófobo.

Las repeticiones de tetrad estabilizan la hélice TMH

La subunidad S2 mostró un tramo corto de la región proximal a la membrana y el TMD, reconstituido como bicelas, cuando formó trímeros. La primera etapa fue la formación de una hélice alfa de TMD, que luego se ensambló para formar un homotrímero con tres hélices paralelas.

La visualización de RMN mostró un núcleo hidrófobo que mantenía unido el trímero a lo largo de su eje triple, con cuatro capas de interacción hidrófoba entre cuatro residuos. Este núcleo contiene un patrón de repetición de tétrada, con I1221, I1225, L1229 y L1233 en la posición 1 de una repetición de cuatro miembros.

Las repeticiones de tétrada forman un nuevo motivo de cremallera hidrófobo. Más típicamente, el ensamblaje de TMH usa un modo de bobina enrollada que involucra repeticiones de heptada de isoleucina y leucina. El patrón de repetición de tétrada, en este caso, significa que la repetición es más larga que una sola vuelta de la hélice, que tiene 3,6 residuos de longitud. Esto resulta en un 400 extensión más allá del final del giro, desplazando la cresta del núcleo hidrofóbico del eje triple en 170 cada vez.

Esto permite que las tres crestas hidrofóbicas de las TMH triméricas caigan en línea con el eje triple y, por lo tanto, las empaqueta estrechamente, formando una estructura estable.

Nuevo modo de montaje

Curiosamente, glicina y las secuencias de alanina están implicadas más típicamente en el ensamblaje de hélices transmembrana (TMH), que son pequeños aminoácidos. Si bien estos ciertamente están presentes en esta estructura, no participan en la formación de interacciones cercanas de van der Waals.

En cambio, los cuatro residuos de lisina voluminosos son parte del núcleo hidrófobo. Por tanto, este modo de formación del trímero TMH difiere del modo convencional.

El complejo trimérico está estabilizado por un núcleo hidrófobo extenso a lo largo del eje triple, formado por los aminoácidos hidrófobos voluminosos que se repiten cada cuatro residuos.. “

Esta estructura parece ser estable en la membrana, lo que puede implicar que “Es poco probable que el trímero TMD se disocie en la membrana a menos que se aplique una fuerza significativa durante los pasos de desplegado y replegado del componente de fusión.. “

Efecto de las mutaciones del diseñador

Los investigadores también analizaron lo que sucedería si insertaran siete mutaciones puntuales que involucren residuos de glicina, alanina y lisina en la región de TMD. Descubrieron que cambiar la secuencia de glicina / alanina a tirosina no afectó la formación de trímeros de TMH.

Ambos residuos de glicina aquí se enfrentan a la cara lipídica de la membrana, mientras que el residuo de alanina no está colocado lo suficientemente profundo y, por lo tanto, no debe formar parte del empaquetamiento de van der Waals hélice-hélice.

Por el contrario, las mutaciones de lisina aquí interrumpen el proceso de trimerización. Esto es especialmente cierto en el caso de las mutaciones más centrales, que casi anulan el proceso, mientras que las más periféricas lo interrumpen parcialmente.

La TMH trimérica también es muy estable, sin que se produzca intercambio de hidrógeno-deuterio durante semanas.

¿Cuáles son las implicaciones?

El estudio describe un motivo de cremallera novedoso altamente estable que logra el ensamblaje trimérico de las TMH. Los hallazgos subrayan la importancia de la repetición de la tétrada de grandes residuos hidrófobos en este proceso. El estudio también identificó mutaciones puntuales capaces de disociar la TMH trimérica.

Si bien se sabe desde hace algún tiempo que los dominios de anclaje a la membrana de las proteínas de fusión viral forman oligómeros específicos, el papel de tales oligómeros no ha quedado claro. Un mayor desarrollo de los resultados actuales podría ayudar a comprender cómo están involucrados en la función de las proteínas de fusión viral, en general.

*Noticia importante

bioRxiv publica informes científicos preliminares que no son revisados ​​por pares y, por lo tanto, no deben considerarse concluyentes, guiar la práctica clínica / comportamiento relacionado con la salud o tratarse como información establecida.

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