Влияние структуры N-концевого домена белка оболочки Х-вируса картофеля и вируса мозаики альтернантеры на структуру и физико-химические свойства вирионов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Аминокислотные последовательности белков оболочки (БО) таких потексвирусов, как Х-вирус картофеля (ХВК) и вирус мозаики альтернантеры (ВМАльт), имеют около 40% идентичных аминокислотных остатков. Однако N-концевые домены БО этих вирионов отличаются как по длине, N-концевой домен БО ХВК длиннее на 28 остатков (∆N = 28), так и по аминокислотной последовательности. В настоящей работе определено влияние N-концевого домена БО на структуру и физико-химические свойства вирионов ХВК и ВМАльт. Было показано, что температура плавления препаратов ХВК выше на 10-12 °С, чем у препаратов ВМАльт, спектры кругового дихроизма этих вирусов значительно отличаются. Пространственное выравнивание имеющихся структур БО потексвирусов высокого разрешения показало, что величина RMSD Сα-атомов была максимальна именно для N-концевых доменов двух сравниваемых моделей. Согласно компьютерному моделированию, ∆N-пептид N-домена БО ХВК полностью разупорядочен. По данным синхротронного малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР), структура БО в составе вирионов ХВК и ВМАльт отличается, в частности, БО ХВК имеет больший размер областей кристалличности, а значит и более упорядочен. С помощью МУРР были рассчитаны диаметры вирионов и параметры спирали в растворе. Выявлено влияние конформации и локализации N-концевого домена БО ХВК относительно поверхности вириона на его структуру. Предположительно, повышенная в сравнении с ВМАльт термостабильность вирионов ХВК обеспечивается удлиненными N-концевыми доменами (∆N = 28), которые контактируют между соседними субъединицами БО в вирионе ХВК.

Об авторах

А. Л Ксенофонтов

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru
119991 Москва, Россия

М. В Петухов

ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова;Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru
119333 Москва, Россия;119071 Москва, Россия

В. В Матвеев

ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru
119333 Москва, Россия

Н. В Федорова

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru
119991 Москва, Россия

П. И Семенюк

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru
119991 Москва, Россия

А. М Арутюнян

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru
119991 Москва, Россия

Т. И Манухова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru
119991 Москва, Россия

Е. А Евтушенко

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru
119991 Москва, Россия

Н. А Никитин

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru
119991 Москва, Россия

Список литературы

  1. Stubbs, G., and Kendall, A. (2012) Helical viruses, Adv. Exp. Med. Biol., 726, 631-658, doi: 10.1007/978-1-4614-0980-9_28.
  2. Ksenofontov, A. L., Paalme, V., Arutyunyan, A. M., Semenyuk, P. I., Fedorova, N. V., Rumvolt, R., Baratova, L. A., Jarvekulg, L., and Dobrov, E. N. (2013) Partially disordered structure in intravirus coat protein of potyvirus potato virus A, PLoS One, 8, e67830, doi: 10.1371/journal.pone.0067830.
  3. Semenyuk, P. I., Karpova, O. V., Ksenofontov, A. L., Kalinina, N. O., Dobrov, E. N., and Makarov, V. V. (2016) Structural properties of potexvirus coat proteins detected by optical methods, Biochemistry (Moscow), 81, 1522-1530, doi: 10.1134/S0006297916120130.
  4. Yang, S., Wang, T., Bohon, J., Gagne, M. E., Bolduc, M., Leclerc, D., and Li, H. (2012) Crystal structure of the coat protein of the flexible filamentous papaya mosaic virus, J. Mol. Biol., 422, 263-273, doi: 10.1016/j.jmb.2012.05.032.
  5. DiMaio, F., Chen, C. C., Yu, X., Frenz, B., Hsu, Y. H., Lin, N. S., and Egelman, E. H. (2015) The molecular basis for flexibility in the flexible filamentous plant viruses, Nat. Struct. Mol. Biol., 22, 642-644, doi: 10.1038/nsmb.3054.
  6. Agirrezabala, X., Mendez-Lopez, E., Lasso, G., Sanchez-Pina, M. A., Aranda, M., and Valle, M. (2015) The near-atomic cryoEM structure of a flexible filamentous plant virus shows homology of its coat protein with nucleoproteins of animal viruses, eLife, 4, e11795, doi: 10.7554/eLife.11795.
  7. Grinzato, A., Kandiah, E., Lico, C., Betti, C., Baschieri, S., and Zanotti, G. (2020) Atomic structure of potato virus X, the prototype of the Alphaflexiviridae family, Nat. Chem. Biol., 16, 564-569, doi: 10.1038/s41589-020-0502-4.
  8. Donchenko, E. K., Pechnikova, E. V., Mishyna, M. Y., Manukhova, T. I., Sokolova, O. S., Nikitin, N. A., Atabekov, J. G., and Karpova, O. V. (2017) Structure and properties of virions and virus-like particles derived from the coat protein of Alternanthera mosaic virus, PLoS One, 12, e0183824, doi: 10.1371/journal.pone.0183824.
  9. Mukhamedzhanova, A. A., Smirnov, A. A., Arkhipenko, M. V., Ivanov, P. A., Chirkov, S. N., Rodionova, N. P., Karpova, O. V., and Atabekov, J. G. (2011) Characterization of Alternanthera mosaic virus and its Coat Protein, Open Virol. J., 5, 136-140, doi: 10.2174/1874357901105010136.
  10. Hammond, J., Kim, Ik.-H., and Lim, H.-S. (2017) Alternanthera mosaic virus - an alternative ‘model' potexvirus of broad relevance, Kor. J. Agricult. Sci., 44, 145-180, doi: 10.7744/kjoas.20170016.
  11. Erickson, J. W., Bancroft, J. B., and Horne, R. W. (1976) The assembly of papaya mosaic virus protein, Virology, 72, 514-517, doi: 10.1016/0042-6822(76)90180-x.
  12. Ksenofontov, A. L., Dobrov, E. N., Fedorova, N. V., Serebryakova, M. V., Prusov, A. N., Baratova, L. A., Paalme, V., Jarvekulg, L., and Shtykova, E. V. (2018) Isolated Potato Virus A coat protein possesses unusual properties and forms different short virus-like particles, J. Biomol. Struct. Dyn., 36, 1728-1738, doi: 10.1080/07391102.2017.1333457.
  13. Homer, R. B., and Goodman, R. M. (1975) Circular dichroism and fluorescence studies on potato virus X and its structural components, Biochim. Biophys. Acta, 378, 296-304, doi: 10.1016/0005-2787(75)90117-3.
  14. Atabekov, J., Dobrov, E., Karpova, O., and Rodionova, N. (2007) Potato virus X: structure, disassembly and reconstitution, Mol. Plant Pathol., 8, 667-675, doi: 10.1111/j.1364-3703.2007.00420.x.
  15. Franke, D., Petoukhov, M. V., Konarev, P. V., Panjkovich, A., Tuukkanen, A., Mertens, H. D. T., Kikhney, A. G., Hajizadeh, N. R., Franklin, J. M., Jeffries, C. M., and Svergun, D. I. (2017) ATSAS 2.8: a comprehensive data analysis suite for small-angle scattering from macromolecular solutions, J. Appl. Crystallogr., 50, 1212-1225, doi: 10.1107/S1600576717007786.
  16. Svergun, D. I., Koch, M. H. J., Timmins, P. A., and May, R. P. (2013) Small Angle X-Ray and Neutron Scattering from Solutions of Biological Macromolecules, First Edn., Oxford University Press, Oxford.
  17. Ksenofontov, A. L., Petoukhov, M. V., Prusov, A. N., Fedorova, N. V., and Shtykova, E. V. (2020) Characterization of tobacco mosaic virus virions and repolymerized coat protein aggregates in solution by small-angle X-ray scattering, Biochemistry (Moscow), 85, 310-317, doi: 10.1134/S0006297920030062.
  18. Shtykova, E. V., Petoukhov, M. V., Fedorova, N. V., Arutyunyan, A. M., Skurat, E. V., Kordyukova, L. V., Moiseenko, A. V., and Ksenofontov, A. L. (2021) The structure of the potato virus a particles elucidated by small angle X-ray scattering and complementary techniques, Biochemistry (Moscow), 86, 230-240, doi: 10.1134/S0006297921020115.
  19. Miroshnichenko, N. A., Karpova, O. V., Morozov, S., Rodionova, N. P., and Atabekov, J. G. (1988) Translation arrest of potato virus X RNA in Krebs-2 cell-free system: RNase H cleavage promoted by complementary oligodeoxynucleotides, FEBS Lett., 234, 65-68, doi: 10.1016/0014-5793(88)81304-8.
  20. Laemmli, U. K. (1970) Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4, Nature, 227, 680-685, doi: 10.1038/227680a0.
  21. Sievers, F., Wilm, A., Dineen, D., Gibson, T. J., Karplus, K., Li, W., Lopez, R., McWilliam, H., Remmert, M., Soding, J., Thompson, J. D., and Higgins, D. G. (2011) Fast, scalable generation of high-quality protein multiple sequence alignments using Clustal Omega, Mol. Syst. Biol., 7, 539, doi: 10.1038/msb.2011.75.
  22. Blanchet, C. E., Spilotros, A., Schwemmer, F., Graewert, M. A., Kikhney, A., Jeffries, C. M., Franke, D., Mark, D., Zengerle, R., Cipriani, F., Fiedler, S., Roessle, M., and Svergun, D. I. (2015) Versatile sample environments and automation for biological solution X-ray scattering experiments at the P12 beamline (PETRA III, DESY), J. Appl. Crystallogr., 48, 431-443, doi: 10.1107/S160057671500254X.
  23. Konarev, P. V., Volkov, V. V., Sokolova, A. V., Koch, M. H. J., and Svergun, D. I. (2003) PRIMUS: a Windows PC-based system for small-angle scattering data analysis, J. Appl. Crystallogr., 36, 1277-1282, doi: 10.1107/S0021889803012779.
  24. Manalastas-Cantos, K., Konarev, P. V., Hajizadeh, N. R., Kikhney, A. G., Petoukhov, M. V., Molodenskiy, D. S., Panjkovich, A., Mertens, H. D. T., Gruzinov, A., Borges, C., Jeffries, C. M., Svergun, D. I., and Franke, D. (2021) ATSAS 3.0: expanded functionality and new tools for small-angle scattering data analysis, J. Appl. Crystallogr., 54, 343-355, doi: 10.1107/S1600576720013412.
  25. Вайнштейн Б. (1963) Дифракция рентгеновских лучей на цепных молекулах, АН СССР, Москва.
  26. Svergun, D. I. (1992) Determination of the regularization parameter in indirect-transform methods using perceptual criteria, J. Appl. Cryst., 25, 495-503, doi: 10.1107/S0021889892001663.
  27. Pettersen, E. F., Goddard, T. D., Huang, C. C., Couch, G. S., Greenblatt, D. M., Meng, E. C., and Ferrin, T. E. (2004) UCSF Chimera - a visualization system for exploratory research and analysis, J. Comput. Chem., 25, 1605-1612, doi: 10.1002/jcc.20084.
  28. Konarev, P. V., Petoukhov, M. V., and Svergun, D. I. (2001) MASSHA - a graphics system for rigid-body modelling of macromolecular complexes against solution scattering data, J. Appl. Cryst., 34, 527-532, doi: 10.1107/S0021889801006100.
  29. Kozin, M. B., and Svergun, D. I. (2000) A software system for rigid-body modelling of solution scattering data, J. Appl. Cryst., 33, 775-777, doi: 10.1107/S0021889800001382.
  30. Bernado, P., Mylonas, E., Petoukhov, M. V., Blackledge, M., and Svergun, D. I. (2007) Structural characterization of flexible proteins using small-angle X-ray scattering, J. Am. Chem. Soc., 129, 5656-5664, doi: 10.1021/ja069124n.
  31. Svergun, D., Barberato, C., and Koch, M. H. J. (1995) CRYSOL - A program to evaluate x-ray solution scattering of biological macromolecules from atomic coordinates, J. Appl. Cryst., 28, 768-773, doi: 10.1107/S0021889895007047.
  32. Tozzini, A. C., Ek, B., Palva, E. T., and Hopp, H. E. (1994) Potato virus X coat protein: a glycoprotein, Virology, 202, 651-658, doi: 10.1006/viro.1994.1386.
  33. Ivanov, P. A., Mukhamedzhanova, A. A., Smirnov, A. A., Rodionova, N. P., Karpova, O. V., and Atabekov, J. G. (2011) The complete nucleotide sequence of Alternanthera mosaic virus infecting Portulaca grandiflora represents a new strain distinct from phlox isolates, Virus Genes, 42, 268-271, doi: 10.1007/s11262-010-0556-6.
  34. Nemykh, M. A., Novikov, V. K., Arutiunian, A. M., Kalmykov, P. V., Drachev, V. A., and Dobrov, E. N. (2007) Comparative study of structural stabylity of potato virus X coat protein molecules in solution and in the virus particles [in Russian], Mol. Biol., 41, 697-705, doi: 10.1134/S0026893307040164.
  35. Thuenemann, E. C., Byrne, M. J., Peyret, H., Saunders, K., Castells-Graells, R., Ferriol, I., Santoni, M., Steele, J. F. C., Ranson, N. A., Avesani, L., Lopez-Moya, J. J., and Lomonossoff, G. P. (2021) A replicating viral vector greatly enhances accumulation of helical virus-like particles in plants, Viruses, 13, 885, doi: 10.3390/v13050885.
  36. Atabekov, J., Nikitin, N., Arkhipenko, M., Chirkov, S., and Karpova, O. (2011) Thermal transition of native tobacco mosaic virus and RNA-free viral proteins into spherical nanoparticles, J. Gen. Virol., 92, 453-456, doi: 10.1099/vir.0.024356-0.
  37. Ksenofontov, A. L., Parshina, E. Y., Fedorova, N. V., Arutyunyan, A. M., Rumvolt, R., Paalme, V., Baratova, L. A., Jarvekulg, L., and Dobrov, E. N. (2016) Heating-induced transition of Potyvirus Potato Virus A coat protein into beta-structure, J. Biomol. Struct. Dyn., 34, 250-258, doi: 10.1080/07391102.2015.1022604.
  38. Nikitin, N., Ksenofontov, A., Trifonova, E., Arkhipenko, M., Petrova, E., Kondakova, O., Kirpichnikov, M., Atabekov, J., Dobrov, E., and Karpova, O. (2016) Thermal conversion of filamentous potato virus X into spherical particles with different properties from virions, FEBS Lett., 590, 1543-1551, doi: 10.1002/1873-3468.12184.
  39. Manukhova, T. I., Evtushenko, E. A., Ksenofontov, A. L., Arutyunyan, A. M., Kovalenko, A. O., Nikitin, N. A., and Karpova, O. V. (2021) Thermal remodelling of Alternanthera mosaic virus virions and virus-like particles into protein spherical particles, PLoS One, 16, e0255378, doi: 10.1371/journal.pone.0255378.
  40. Baratova, L. A., Fedorova, N. V., Dobrov, E. N., Lukashina, E. V., Kharlanov, A. N., Nasonov, V. V., Serebryakova, M. V., Kozlovsky, S. V., Zayakina, O. V., and Rodionova, N. P. (2004) N-Terminal segment of potato virus X coat protein subunits is glycosylated and mediates formation of a bound water shell on the virion surface, Eur. J. Biochem., 271, 3136-3145, doi: 10.1111/j.1432-1033.2004.04243.x.
  41. Karpova, O. V., Arkhipenko, M. V., Zaiakina, O. V., Nikitin, N. A., Kiseleva, O. I., Kozlovskii, S. V., Rodionova, N. P., and Atabekov, I. G. (2006) Translational regulation of potato virus X RNA-coat protein complexes: the key role of a coat protein N-terminal peptide [in Russian], Mol. Biol., 40, 703-710, doi: 10.1134/S0026893306040157.

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах