Изменения в структуре вириона A-вируса картофеля при ограниченном протеолизе in situ по данным тритиевого мечения и компьютерного моделирования

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Белки оболочки (БО) вирионов потивируса А-вируса картофеля (АВК) содержат на поверхности частично неупорядоченные N-концевые домены, необходимые для выполнения жизненно важных функций вируса. В данной работе на основе данных, полученных методом тритиевой планиграфии, проведён сравнительный анализ структур БО в интактных вирионах АВК и в частицах вируса, лишённых N-концевых 32 аминокислот (АВК∆32). С использованием структуры атомного разрешения БО потивируса Y картофеля (YBK), который является гомологом АВК, проведён расчёт доступной поверхности белков вириона YВК и определены области межсубъединичных/межвитковых контактов. Для этого использовали подход, основанный на обкатке сферической пробой поверхности белка, доступной растворителю (Lee, B., and Richards, F. M. (1971) J. Mol. Biol., 55, 379-400). Сравнение профилей включения тритиевой метки в интактный и частично деградированный вирион АВК∆32 выявило положение ΔN-пептида, экранирующего остатки 66-73, 141-146 и входящие в межвитковую область остатки 161-175. Было обнаружено наличие каналов/полостей в белковой оболочке вириона, благодаря которым он оказался частично проницаемым для атомов трития. При удалении ∆N-пептида наблюдалось уменьшение содержания метки внутри вириона (в области а.о. 184-200), что указывало на возможный структурный переход, приводящий к компактизации вириона и вследствие этого меньшей доступности для трития его внутренних регионов. На основании полученных данных можно сделать вывод, что часть поверхностного ∆N-пептида расположена между витками спирали вириона, это увеличивает шаг спирали и обеспечивает большую гибкость вириону, что важно для межклеточного транспорта вирусов в растениях.

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
119992 Москва, Россия

Л. А Баратова

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

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru
119992 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
119992 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
119992 Москва, Россия

Г. А Бадун

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: ksenofon@belozersky.msu.ru
119991 Москва, Россия

Список литературы

  1. 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.
  2. Charon, J., Theil, S., Nicaise, V., and Michon, T. (2016) Protein intrinsic disorder within the Potyvirus genus: from proteome-wide analysis to functional annotation, Mol. BioSystems, 12, 634-652, doi: 10.1039/c5mb00677e.
  3. Baratova, L. A., Efimov, A. V., Dobrov, E. N., Fedorova, N. V., Hunt, R., Badun, G. A., Ksenofontov, A. L., Torrance, L., and Jarvekulg, L. (2001) In situ spatial organization of Potato virus A coat protein subunits as assessed by tritium bombardment, J. Virol., 75, 9696-9702, doi: 10.1128/JVI.75.20.9696-9702.2001.
  4. Kezar, A., Kavcic, L., Polak, M., Novacek, J., Gutierrez-Aguirre, I., Znidaric, M. T., Coll, A., Stare, K., Gruden, K., Ravnikar, M., Pahovnik, D., Zagar, E., Merzel, F., Anderluh, G., and Podobnik, M. (2019) Structural basis for the multitasking nature of the potato virus Y coat protein, Sci. Adv., 5, eaaw3808, doi: 10.1126/sciadv.aaw3808.
  5. 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.
  6. Zamora, M., Mendez-Lopez, E., Agirrezabala, X., Cuesta, R., Lavin, J. L., Sanchez-Pina, M. A., Aranda, M. A., and Valle, M. (2017) Potyvirus virion structure shows conserved protein fold and RNA binding site in ssRNA viruses, Sci. Adv., 3, eaao2182, doi: 10.1126/sciadv.aao2182.
  7. Cuesta, R., Yuste-Calvo, C., Gil-Carton, D., Sanchez, F., Ponz, F., and Valle, M. (2019) Structure of Turnip mosaic virus and its viral-like particles, Sci. Rep., 9, 15396, doi: 10.1038/s41598-019-51823-4.
  8. 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.
  9. 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.
  10. Tatineni, S., Kovacs, F., and French, R. (2014) Wheat streak mosaic virus infects systemically despite extensive coat protein deletions: identification of virion assembly and cell-to-cell movement determinants, J. Virol., 88, 1366-1380, doi: 10.1128/JVI.02737-13.
  11. Jarveculg, L., Baratova, L., Dobrov, E., Badun, G., Hunt, R., Andreeva, E.,Rabenstein, F., Efimov, A. V. (2000) Study of the spatial structure of potato virus. A coat protein subunits and particles using tritium planigraphy, Beiträge Züchtungsfors., 6, 61-66.
  12. Shukla, D. D., Thomas, J. E., McKern, N. M., Tracy, S. L., and Ward, C. W. (1988) Coat protein of potyviruses. 4. Comparison of biological properties, serological relationships, and coat protein amino acid sequences of four strains of potato virus Y, Arch. Virol., 102, 207-219, doi: 10.1007/BF01310826.
  13. Atreya, P. L., Lopez-Moya, J. J., Chu, M., Atreya, C. D., and Pirone, T. P. (1995) Mutational analysis of the coat protein N-terminal amino acids involved in potyvirus transmission by aphids, J. Gen. Virol., 76, 265-270, doi: 10.1099/0022-1317-76-2-265.
  14. Harrison, B. D., and Robinson, D. J. (1988) Molecular variation in vector-borne plant viruses: epidemiological significance, Philos. Trans. R. Soc. Lond. Ser. B Biol. Sci., 321, 447-462, doi: 10.1098/rstb.1988.0102.
  15. Goldanskii, V. I., Kashirin, I. A., Shishkov, A. V., Baratova, L. A., and Grebenshchikov, N. I. (1988) The use of thermally activated tritium atoms for structural-biological investigations: the topography of the TMV protein-accessible surface of the virus, J. Mol. Biol., 201, 567-574, doi: 10.1016/0022-2836(88)90638-9.
  16. Баратова Л. А., Богачева Е. Н., Гольданский В. И., Колб В. А., Спирин А. С., Шишков А. В. (1999) Тритиевая планиграфия биологических макромолекул, Наука, Москва.
  17. Badun, G. A., and Fedoseev, V. M. (2001) Permeability of lipid membranes for atomic tritium or atom "slipping" effect and its role in tritium planigraphy, Radiochemistry, 43, 301-305, doi: 10.1023/A:1012872927896.
  18. Badun, G. A., and Chernysheva, M. G. (2023) Tritium thermal activation method. Features of application, modern achievements, and further development prospects, Radiochemistry, 65, 185-197, doi: 10.1134/S1066362223020054.
  19. Agafonov, D. E., Kolb, V. A., and Spirin, A. S. (1997) Proteins on ribosome surface: measurements of protein exposure by hot tritium bombardment technique, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 12892-12897, doi: 10.1073/pnas.94.24.12892.
  20. Dobrov, E. N., Badun, G. A., Lukashina, E. V., Fedorova, N. V., Ksenofontov, A. L., Fedoseev, V. M., and Baratova, L. A. (2003) Tritium planigraphy comparative structural study of tobacco mosaic virus and its mutant with altered host specificity, Eur. J. Biochem., 270, 3300-3308, doi: 10.1046/j.1432-1033.2003.03680.x.
  21. Baratova, L. A., Grebenshchikov, N. I., Dobrov, E. N., Gedrovich, A. V., Kashirin, I. A., Shishkov, A. V., Efimov, A. V., Jarvekulg, L., Radavsky, Y. L., and Saarma, M. (1992) The organization of potato virus X coat proteins in virus particles studied by tritium planigraphy and model building, Virology, 188, 175-180, doi: 10.1016/0042-6822(92)90747-d.
  22. Shishkov, A. V., Goldanskii, V. I., Baratova, L. A., Fedorova, N. V., Ksenofontov, A. L., Zhirnov, O. P., and Galkin, A. V. (1999) The in situ spatial arrangement of the influenza A virus matrix protein M1 assessed by tritium bombardment, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 7827-7830, doi: 10.1073/pnas.96.14.7827.
  23. Ksenofontov, A. L., Kozlovskii, V. S., Kordiukova, L. V., Radiukhin, V. A., Timofeeva, A. V., and Dobrov, E. N. (2006) Determination of concentration and aggregate size in influenza virus preparations using the true UV-absorption spectra [in Russian], Mol. Biol., 40, 172-179.
  24. 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.
  25. Goodman, R. M. (1975) Reconstitution of potato virus X in vitro. I. Properties of the dissociated protein structural subunits, Virology, 68, 287-298, doi: 10.1016/0042-6822(75)90272-x.
  26. Tsugita, A., and Scheffler, J. J. (1982) A rapid method for acid hydrolysis of protein with a mixture of trifluoroacetic acid and hydrochloric acid, Eur. J. Biochem., 124, 585-588, doi: 10.1111/j.1432-1033.1982.tb06634.x.
  27. Trofimova, L., Ksenofontov, A., Mkrtchyan, G., Graf, A., Baratova, L. A., and Bunik, V. I. (2016) Quantification of rat brain amino acids: Analysis of the data consistency, Curr. Anal. Chem., 12, 349-356, doi: 10.2174/1573411011666151006220356.
  28. Lukashina, E., Ksenofontov, A., Fedorova, N., Badun, G., Mukhamedzhanova, A., Karpova, O., Rodionova, N., Baratova, L., and Dobrov, E. (2012) Analysis of the role of the coat protein N-terminal segment in Potato virus X virion stability and functional activity, Mol. Plant Pathol., 13, 38-45, doi: 10.1111/j.1364-3703.2011.00725.x.
  29. Abraham, M. J., Murtola, T., Schulz, R., Páll, S., Smith, J. C., Hess, B., and Lindahl, E. (2015) GROMACS: High performance molecular simulations through multi-level parallelism from laptops to supercomputers, SoftwareX, 1-2, 19-25, doi: 10.1016/j.softx.2015.06.001.
  30. Gedrovich, A. V., and Badun, G. A. (1992) Study of the spatial structure of globular proteins by tritium planigraphy. Short peptides as a model of a fully extended polypeptide chain [in Russian], Mol. Biol., 26, 558-564.
  31. Lee, B., and Richards, F. M. (1971) The interpretation of protein structures: estimation of static accessibility, J. Mol. Biol., 55, 379-400, doi: 10.1016/0022-2836(71)90324-x.
  32. Shukla, D. D., Tribbick, G., Mason, T. J., Hewish, D. R., Geysen, H. M., and Ward, C. W. (1989) Localization of virus-specific and group-specific epitopes of plant potyviruses by systematic immunochemical analysis of overlapping peptide fragments, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 86, 8192-8196, doi: 10.1073/pnas.86.21.8192.
  33. Wei, T., Huang, T. S., McNeil, J., Laliberte, J. F., Hong, J., Nelson, R. S., and Wang, A. (2010) Sequential recruitment of the endoplasmic reticulum and chloroplasts for plant potyvirus replication, J. Virol., 84, 799-809, doi: 10.1128/JVI.01824-09.
  34. 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. Dynamics, 34, 250-258, doi: 10.1080/07391102.2015.1022604.
  35. Ksenofontov, A. L., Dobrov, E. N., Fedorova, N. V., Arutyunyan, A. M., Golanikov, A. E., Jarvekulg, L., and Shtykova, E. V. (2018) Structure of potato virus A coat protein particles and their dissociation [in Russian], Mol. Biol., 52, 1055-1065, doi: 10.1134/S0026898418060101.
  36. Kordyukova, L. V., Ksenofontov, A. L., Badun, G. A., Baratova, L. A., and Shishkov, A. V. (2001) Studying liposomes by tritium bombardment, Biosci. Rep., 21, 711-718, doi: 10.1023/a:1015572321508.
  37. Shishkov, A. V., Ksenofontov, A. L., Bogacheva, E. N., Kordyukova, L. V., Badun, G. A., Alekseevsky, A. V., Tsetlin, V. I., and Baratova, L. A. (2002) Studying the spatial organization of membrane proteins by means of tritium stratigraphy: bacteriorhodopsin in purple membrane, Bioelectrochemistry, 56, 147-149, doi: 10.1016/s1567-5394(02)00018-x.
  38. Chakravarty, A., Reddy, V. S., and Rao, A. L. N. (2020) Unravelling the stability and capsid dynamics of the three virions of brome mosaic virus assembled autonomously in vivo, J. Virol., 94, doi: 10.1128/JVI.01794-19.
  39. Clare, D. K., Pechnikova, E. V., Skurat, E. V., Makarov, V. V., Sokolova, O. S., Solovyev, A. G., and Orlova, E. V. (2015) Novel inter-subunit contacts in barley stripe mosaic virus revealed by cryo-electron microscopy, Structure, 23, 1815-1826, doi: 10.1016/j.str.2015.06.028.
  40. Rodionova, N. P., Karpova, O. V., Kozlovsky, S. V., Zayakina, O. V., Arkhipenko, M. V., and Atabekov, J. G. (2003) Linear remodeling of helical virus by movement protein binding, J. Mol. Biol., 333, 565-572, doi: 10.1016/j.jmb.2003.08.058.
  41. Lukashina, E., Badun, G., Fedorova, N., Ksenofontov, A., Nemykh, M., Serebryakova, M., Mukhamedzhanova, A., Karpova, O., Rodionova, N., Baratova, L., and Dobrov, E. (2009) Tritium planigraphy study of structural alterations in the coat protein of Potato virus X induced by binding of its triple gene block 1 protein to virions, FEBS J., 276, 7006-7015, doi: 10.1111/j.1742-4658.2009.07408.x.
  42. Steele, J. F. C., Peyret, H., Saunders, K., Castells-Graells, R., Marsian, J., Meshcheriakova, Y., and Lomonossoff, G. P. (2017) Synthetic plant virology for nanobiotechnology and nanomedicine, Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol., 9, e1447, doi: 10.1002/wnan.1447.

© 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