NMRem w grypę

Cudowna animacja wirusa grypy opublikowana niedawno przez CDC. Białko M2 to - na małych obrazkach - trzeci od góry obwarzanek. /źródło: http://www.cdc.gov (dom. publ.)

Nie, nie leczyć. Odkrywać.

O grypie i jej wirusie napisano już wiele. Nigdy jednak dość, aby nie można było więcej – taki już urok biologii, że zawsze można coś odkryć i dodać kolejną cegiełkę do istniejącego fundamentu wiedzy. I taką cegiełką, a właściwie cegiełkami, rzucił w nas w ubiegłym tygodniu magazyn Science, publikując dwie niezależne prace badaczy z Iowa State University oraz z Florida State University, w których obie grupy zapronowały mechanizm działania powierzchniowego białka wirusa grypy – osławionego kanału jonowego M2.

Tajemnicą poliszynela jest fakt, że to, w jaki sposób wirus grypy się do nas zabiera, zależy od białkowej budowy jego kapsydu. To bowiem od tych białek zależy, czy organizm rozpozna wirusa jako zagrożenie, czy też zaprosi go jak gościa i jeszcze poda herbatkę. To od tych białek zależy, czy wirus – gdy już dostanie się do organizmu – zacznie się namnażać i czy nowe wiriony będą się formować prawidłowo. To wreszcie te białka są naszym najlepszym kandydatem, jeśli chodzi o znalezienie mniej lub bardziej skutecznych leków przeciw grypie – takich jak na przykład przeciwwirusowa amantadyna, której grupa adamantylowa wiąże się do białka M2.

Dlatego też prowadzone są intensywne badania mające na celu zbadanie struktury poszczególnych białek kapsydu, a przede wszystkim zrozumienie mechanizmu ich działania i roli, jaką pełnią w cyklu życia wirusa.

Schemat wstążkowy białka M2 - model na podstawie badań NMR. Czerwone szkieleciki to cząsteczki leku - rymantadyny./ Za zgodą Macmillan Publishers Ltd: Nature 451, 591-595 ©2008

O tym, że białko M2 jest kanałem jonowym, wiemy już od prawie dwudziestu lat. Daleka jednak była droga od tego odkrycia do opisania jego struktury: pierwsze wysokorozdzielcze modele zostały opublikowane zaledwie kilka lat temu. W czasie jednak, gdy uczyliśmy się coraz więcej o tym transbłonowym białku, które gra tak ważną rolę w procesie infekcji, wirus też nie marnował czasu i robił to, co tylko wirusy potrafią robić tak efektywnie – mutował. W tej chwili do tej pory skuteczne leki z grupy związków opartych na adamantanie straciły na skuteczności. Oznacza to, że zwiększyć musimy wysiłki w poszukiwaniu nowych rozwiązań – nowych substancji, które będą w stanie wykorzystać budowę wirusa przeciwko jemu samemu.

Pokrótce więc – cóż to białko M2 robi? M2 jest bramkowanym pH kanałem protonowym. Oznacza to, że przy ściśle określonej kwasowości otoczenia (czyli po naukowemu przy ściśle określonym pH – w tym przypadku niskim) ulega ono aktywacji i zaczyna pompować protony. Żeby doprecyzować – pompować je do wnętrza lipidowej powłoki wirusa. Wirusy wnikają do komórki poprzez endocytozę – w komórce pływają sobie w małych pęcherzykach (endosomach), których wnętrze jest bardzo kwaśne, więc oczywiście M2 zaczyna pompować jak szalone. W ten sposób zakwaszeniu ulega wnętrze wirusa, co z kolei wpływa na dysocjację białek powłokowych od białek jądrowych (nukleoprotein – mówienie o jądrze w przypadku wirusa z technicznego punktu widzenia jest nie do końca poprawne). Ta dysocjacja jest niezbędnym elementem całego cyklu życiowego wirusów: jest krokiem ku jego replikacji, gdyż rozluźnia otoczenie upakowanego materiału genetycznego wirusa i pozwala na jego rozpakowanie.

Inną z funkcji białka M2 jest kontrola prawidłowego fałdowania innych białek kapsydowych, zwłaszcza hemaglutyniny. Także tę funkcję wypełnia na zasadzie kontrolowania pH.

Mechanizm pompowania protonów przez M2./ Za zgodą Macmillan Publishers Ltd: Nature 451, 596-599 ©2008

Obie publikacje z Science proponują dokładny mechanizm transportu protonów do wnętrza wirionu. Jedna z nich opiera się na pomiarach za pomocą tzw. metody Magic Angle Spinning NMR. Druga praca czerpie bogato z pomiarów za pomocą metod EPR oraz innej nieco odmiany NMRu. No i tu niespodzianka – nie do końca się te prace zgadzają ze sobą. Praca pierwsza, autorstwa Hu et al., w zasadzie znajduje potwierdzenie w innych do tej pory publikowanych pracach opisujących strukturę M2 (w tym w cytowanych przeze mnie pracach z Nature z 2008). Praca druga, napisana przez Sharmę et al., odbiega nieco od danych doświadczalnych innych grup (ale nie wszystkich, żeby nie było, że to tacy totalni autsajderzy).

Co prawda Einstein miał kiedyś powiedzieć, że jeśli fakty nie pasują do teorii, to należy zmienić teorię, ale nie należy się na tę złotą myśl rzucać, jak na ostateczne rozwiązanie. Istnieje prawdopodobnie bardzo dobre wyjaśnienie sprzeczności pomiędzy pracami. Co więcej, takiego wyjaśnienia dostarczył już sam tygodnik w tym samym wydaniu, opatrując prace doświadczalne komentarzem trzech kolejnych badaczy z Filadelfii (praca Fiorina et al.). Wniosek końcowy jest w zasadzie taki: właściwie to lepiej, że wyniki są sprzeczne, bo przy tak różnych metodach doświadczalnych oraz przy badaniu białka takiego jak M2 – które jest białkiem niezwykle dynamicznym – należy właśnie oczekiwać różnych rezultatów. Z tej różnorodności wyników powinniśmy się zaś jeszcze więcej dowiedzieć, o dokładnych mechanizmie pompowania protonów. Zanudzał Was tu nie będę tym, które reszty histydyny są, a które nie są, częścią procesu; jak się zmieniają właściwości różnych centrów nukleofilowych; czy wreszcie dylematem, czy protony są wiązane trwalej w procesie ich transportu, czy raczej luźno skaczą pomiędzy cząsteczkami wody we wnętrzu kanału M2. Spragnionych detali odsyłam do prac Hu, Sharmy oraz do komentarza Fiorina.

Dość jednak powiedzieć, że gdy wreszcie rozgryzione zostaną właśnie te detale, gdy wreszcie dokładnie zrozumiemy, w jaki sposób i w jakich okolicznościach aktywowany zostaje kanał protonowy białka M2, oraz które jego elementy są dla całego procesu kluczowe, wówczas może uda nam się znaleźć zastępstwo dla coraz bardziej kulejącej amantadyny…

 

ResearchBlogging.orgHu, F., Luo, W., & Hong, M. (2010). Mechanisms of Proton Conduction and Gating in Influenza M2 Proton Channels from Solid-State NMR Science, 330 (6003), 505-508 DOI: 10.1126/science.1191714
Sharma, M., Yi, M., Dong, H., Qin, H., Peterson, E., Busath, D., Zhou, H., & Cross, T. (2010). Insight into the Mechanism of the Influenza A Proton Channel from a Structure in a Lipid Bilayer Science, 330 (6003), 509-512 DOI: 10.1126/science.1191750
Fiorin, G., Carnevale, V., & DeGrado, W. (2010). The Flu’s Proton Escort Science, 330 (6003), 456-458 DOI: 10.1126/science.1197748
Pinto, L. (1992). Influenza virus M2 protein has ion channel activity Cell, 69 (3), 517-528 DOI: 10.1016/0092-8674(92)90452-I
Stouffer, A., Acharya, R., Salom, D., Levine, A., Di Costanzo, L., Soto, C., Tereshko, V., Nanda, V., Stayrook, S., & DeGrado, W. (2008). Structural basis for the function and inhibition of an influenza virus proton channel Nature, 451 (7178), 596-599 DOI: 10.1038/nature06528
Schnell, J., & Chou, J. (2008). Structure and mechanism of the M2 proton channel of influenza A virus Nature, 451 (7178), 591-595 DOI: 10.1038/nature06531
Deyde, V., Xu, X., Bright, R., Shaw, M., Smith, C., Zhang, Y., Shu, Y., Gubareva, L., Cox, N., & Klimov, A. (2007). Surveillance of Resistance to Adamantanes among Influenza A(H3N2) and A(H1N1) Viruses Isolated Worldwide The Journal of Infectious Diseases, 196 (2), 249-257 DOI: 10.1086/518936

1 Comment

  1. Myślę że wcześniej czy później zastępstwo dla amantadyny się znajdzie… na kilka lat, znając potencjał grypy i nadużywalność leków w naszych czasach :) Ale lepiej tak niż w ogóle!

    Lubię

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s