Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de préimpression, les chercheurs ont déterminé que la structure cristalline de résolution de 1,8 Å de la phosphatase à double spécificité H1 (DSP) du virus monkeypox (MPXV) est cruciale pour la réplication virale, ce qui en fait une cible antivirale attrayante.
Le nombre de cas de MPX continue d’augmenter d’heure en heure dans le monde, ce qui justifie la nécessité de développer des agents thérapeutiques antiviraux et des vaccins efficaces pour améliorer la préparation mondiale au MPX et atténuer les infections virales. H1 est essentiel pour la réplication du MPXV car il déphosphoryle les protéines telles que A14, F18, A17 et le transducteur de signal et l’activateur de la transcription 1 (STAT1) et inhibe la signalisation de l’interféron (IFN). Surtout, HI est conservé parmi les poxvirus et, par conséquent, peut être ciblé pour développer de larges agents pan-antiviraux.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont étudié la structure cristalline H1 à une résolution de 1,8 Å pour améliorer la compréhension de la déphosphorylation catalysée par MPXV H1 et développer un modèle précis pour le développement de nouveaux médicaments antiviraux.
L’acide désoxyribonucléique (ADN) codant pour H1 de l’isolat MPXV_USA_2022_MA001 de l’épidémie MPXV actuelle de 2022 a été synthétisé et cloné dans un vecteur plasmidique d’expression, vérifié par séquençage. H1 était exprimé en Escherichia coli Les cellules BL21 (ou DE3) et les bactéries exprimant H1 ont été lysées, après quoi la protéine a été soumise à une analyse par chromatographie.
H1 a été cristallisé en utilisant la technique de diffusion de vapeur en goutte assise et les cristaux ont été soumis à une analyse par diffraction des rayons X. La structure H1 a été déterminée en utilisant la technique de remplacement moléculaire avec la structure H1 du virus de la vaccine comme modèle de recherche. Par la suite, une comparaison structurale a été réalisée avec des protéines tyrosine phosphatases (PTP)/DSP phosphatases humaines.
Les coordonnées MPXV H1 ont été téléchargées sur le serveur Dali et ont recherché des protéines avec des protéines structurées de manière similaire dans la PDB (banque de données sur les protéines) à l’aide du sous-ensemble PDB50. En conséquence, les structures de 30 phosphatases ont été identifiées avec une similitude structurelle significative (scores Z> 13). Parmi eux, deux phosphatases humaines ont été cristallisées sous forme de dimères : les phosphatases humaines à double spécificité (hDSP)-5 et 27 et leurs modes de dimérisation ont été comparés.
Résultats
MPXV H1 comprenait 171 résidus avec des densités d’électrons bien ajustées, une molécule H1 asymétrique et deux molécules H1 orientées symétriquement formant des dimères en forme de papillon et à permutation de domaine. La structure globale H1 comprenait respectivement six et quatre hélices alpha (α) et des brins bêta (β), avec une feuille β prise en sandwich entre les hélices α2 et α3 à α6 sur les côtés.
Les deux sites actifs étaient situés à proximité des terminaux C-terminaux du brin β terminal à une distance de 39 Å. Chaque site actif comprenait une triade de résidus cystéine (Cys)-arginine (Arg)-acide aspartique (Asp). Dans chaque site actif, les résidus Arg et Cys conservés se trouvaient dans la boucle de liaison des ions phosphate située entre les résidus α4 et β4. Le résidu Arg116 de la boucle capturait les ions phosphate, dont le groupement guanidinium interagissait avec deux molécules PO (phosphate-oxygène) reliées par des liaisons hydrogène.
Le résidu Arg116 garantissait une orientation et une liaison efficaces du substrat. Les hélices α1 N-terminales de chaque protomère sont échangées pour la médiation des dimérisations H1. Les hélices α1 d’un seul protomère H1 formaient une structure groupée avec trois hélices α4 à α6 des promoteurs correspondants impliqués dans l’appariement. À la base de la poche catalytique, le résidu Cys110 a attaqué les atomes de phosphore lors de la déphosphorylation, conduisant à une formation temporaire d’intermédiaire enzyme-phosphate qui a subi une hydrolyse pour le phosphate inorganique et la régénération enzymatique.
L’atome de soufre du résidu Cys110 a été positionné parallèlement à la liaison PO, correspondant à la liaison formée lors de la régénération de l’enzyme. Le résidu Asp79 était impliqué dans la coordination avec la molécule d’eau et fonctionnait comme un acide, facilitant la formation et l’hydrolyse du composé intermédiaire. Ainsi, la structure H1 indiquait l’étape finale de catalyse avant la libération du produit.
La surface enfouie entre deux promoteurs était distante de 1000 Å2 et était stabilisée par des interactions hydrophobes et hydrophiles. Les résidus sérine (Ser) 14 et thréonine (Thr) 15 dans α1 ont montré une liaison hydrogène avec les résidus histidine (His) 143 et tyrosine (Tyr) 142 / lysine (Lys) 159 du protomère H1 correspondant, respectivement. Au contraire, les résidus Tyr7, leucine (Leu)11 et Leu12 ont participé à des liaisons hydrophobes avec les résidus méthionine (Met)135, Leu139, Lys159, isoleucine (Ile)163, valine (Val)167 et Ile168 de l’appariement H1 .
Les résidus Leu136, Leu139 et Met135 dans α5 ont fait face à des résidus dimères associés à la symétrie pour étendre l’interface de liaison hydrophobe. Le résidu α1 a été stabilisé à l’aide d’interactions hydrophobes et de liaisons hydrogène intra-moléculaires entre les résidus α1 et α5. Le dimère H1 a été confirmé dans l’analyse chromatographique, indiquant que les dimères représentaient des états fonctionnels.
La structure cristalline du MPXV H1 a révélé deux points chauds pour le développement de nouveaux médicaments antiviraux. Le site de contact dimère est un point chaud, unique aux molécules PTP/DSP. L’inhibition de la dimérisation H1 pourrait potentiellement inhiber la dimérisation et la déphosphorylation de l’homodimère phosphore-tyrosine STAT1 activé. Le deuxième point chaud est le site actif, qui, bien qu’il soit autour des boucles de liaison des ions phosphate avec des structures de chaîne principale comparables, a des chaînes latérales différentes, et par conséquent, la spécificité du substrat peut être modifiée, ouvrant la voie au développement de médicaments antiviraux.
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont démontré la structure cristalline H1 à haute résolution qui fournit une base solide pour une analyse mécaniste plus poussée et le développement de nouveaux médicaments antiviraux contre les agents pathogènes viraux émergents.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.