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.2010年10月22日；330(6003):509-12.
doi:10.1126/science.1191750。

从脂质双层结构看甲型流感质子通道的机制

穆克什·夏尔马 1, Myunggi Yi公司, 郝东, 秦华军, 艾米丽·彼得森, 大卫·D·巴斯, 欢喜周, 蒂莫西·A·十字架
附属公司

从脂质双层结构看甲型流感质子通道的机制

穆克什·夏尔马等。 科学类. .

摘要

来自甲型流感病毒的M2蛋白是一种酸激活的质子选择性通道，已经进行了许多电导、结构和计算研究。然而，在原子水平上，对于这种四聚体蛋白的功能机制核心，即His（37）-Trp（41）簇，知之甚少。我们报告了脂质双层中M2电导结构域（残基22至62）的结构，它显示了天然蛋白质的定义特征，这些特征是通过洗涤剂溶解的结构无法获得的。我们认为四聚体His（37）-Trp（41）簇通过形成和破坏相邻组氨酸对之间的氢键以及组氨酸与色氨酸门的特定相互作用引导质子通过通道。这一机制解释了M2质子电导的主要观察结果。

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数字

图1
图1
液晶脂质双层中M2电导结构域的四聚体结构，通过固态核磁共振波谱和受限分子动力学模拟求解。详见（32），核磁共振波谱见图S3。(一)TM和双亲螺旋的带状表示。一个单体显示为红色。TM螺旋缠绕在高度保守的Gly上34（显示为Cα球体）。(B类)脂质双层环境中蛋白质侧链的空间填充表示，用于核磁共振波谱、结构精细化和功能分析。C、 O、N和H原子分别被染成绿色、红色、蓝色和白色。TM和两亲螺旋的非极性残基形成一个连续的表面；两亲性螺旋带正电的残基排列在结构的外边缘的最佳位置，与带电荷的脂质相互作用。这位爵士50羟基也显示在最佳位置（如Cys50)接受天然膜中的棕榈酰基团。(C类)显示Val处孔隙收缩的孔图像（33）27和Trp41. (D类)TM和两亲螺旋之间接合处的几个关键残基，包括Gly58（显示为Cα球体），这有助于相邻单体的紧密接近，以及Ile51和Phe54，它填充了一个先前描述为金刚乙烷结合位点的口袋（12）。
图2
图2
处于组氨酸锁定状态的HxxxW四重奏的结构。(一)H的四聚簇的俯视图37xxxW（xxxW）41（他的37作为棍子和Trp41作为球体）。注意每个咪唑-咪唑二聚体的近共面排列，它们在Nδ1和Nε2在每个二聚体中，剩余的Nε2与Trp的吲哚相互作用41残基通过阳离子-π相互作用。根据时间平均核磁共振数据的定义，主干具有四重对称性。(B类)两个咪唑-咪唑二聚体之一的侧视图。残基内Nδ1-氢氧氢键和相互间Nε2-氢-氮δ1可以看到强氢键。以应变C为代价获得了相邻氢键的近线性α-C类β-C类γ左侧残留物的角度（放大约10°）。
图3
图3
从侧面用HxxxW四重奏的一半来说明酸活化和质子电导的拟议机制。组氨酸锁定状态（顶部）显示为氮端孔中等待的离子。酸活化是通过质子从氢离子转移到N之间的氢键来启动的δ1和Nε2在所得到的活化状态下，两个咪唑鎓环旋转，使得两个氮向孔的中心移动；此外，质子化Nδ1在N端孔隙中与水形成氢键，同时质子化Nε2向下移动（通过放松Cα-C类β-C类γ角度）与吲哚形成阳离子-π相互作用，从而阻止水从C端孔进入。当这个吲哚移到一边以暴露N时，就获得了导电状态ε2质子转化为C端孔隙中的水。先前有人建议（27）吲哚运动包括与骨架扭结耦合的环旋转。一旦Nε2质子被释放到C末端的水，HxxxW四重奏回到组氨酸锁定状态。
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中的注释

  • 结构生物学。流感的质子护卫。
    菲奥林G、卡内维尔V、德格拉多WF。 Fiorin G等人。 科学。2010年10月22日；330(6003):456-8. doi:10.1126/science.1197748。 科学。2010 PMID：20966238 免费PMC文章。

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