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Nature Communications 14권, 기사 번호: 1545(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

SARS-CoV-2(Mpro)의 주요 프로테아제는 바이러스 다단백질의 절단을 담당합니다. Mpro 자체 처리를 성숙이라고 하며, 이는 효소 이량체화 및 활성에 매우 중요합니다. 여기서는 C145S Mpro를 사용하여 용액 내 N-말단 절단의 구조와 역학을 연구합니다. 기본 질량 분광학 분석은 혼합된 올리고머 상태가 절단된 입자와 절단되지 않은 입자로 구성되어 있음을 보여 주며, 이는 N 말단 처리가 이량체화에 중요하지 않음을 나타냅니다. 3.5Å 극저온 EM 구조는 결정 환경의 제약을 벗어난 Mpro N 말단 절단에 대한 세부 정보를 제공합니다. 우리는 다양한 종류의 억제제가 올리고머 상태 간의 균형을 이동시키는 것을 보여줍니다. 비공유 억제제 MAT-POS-e194df51-1은 이량체화를 방지하는 반면, 공유 억제제인 ​​nirmatrelvir는 N-말단이 손상되지 않은 경우에도 단량체가 이량체로 전환되도록 유도합니다. 우리의 데이터는 Mpro 이량체화가 N 말단 처리보다는 기판 처리 중 공유 결합으로 인해 유도된 맞춤에 의해 유발된다는 것을 나타냅니다.

중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)는 코로나191의 원인균입니다. SARS-CoV 및 중동 호흡기 증후군 코로나바이러스(MERS-CoV)와 마찬가지로 SARS-CoV-2는 베타 코로나바이러스 속에 속하는 단일 가닥 RNA 바이러스(ssRNA)입니다1,2. SARS-CoV-2 게놈은 1a 및 1b1,2,3. 바이러스 다중단백질의 단백질 분해 과정은 바이러스 생활 주기에 필수적이며, 이는 SARS-CoV-2로 암호화된 2개의 시스테인 프로테아제, 즉 nsp3 도메인 중 하나인 파파인 유사 프로테아제(PLpro)와 바이러스 주요 프로테아제에 의해 수행됩니다. (Mpro 또는 3CLpro), nsp54,5로 인코딩됩니다. PLpro는 3개 부위에서 바이러스 다중단백질을 절단하는 반면, Mpro는 자체 N- 및 C-말단6을 포함하여 11개 개별 부위4,5에서 다중단백질을 절단하는 역할을 합니다. Mpro는 SARS-CoV-25,7에 대한 약물 개발을 위한 가장 유망한 표적 중 하나입니다. 이 표적에 대해 수집된 모든 구조적 및 생화학적 정보는 미국, 유럽 및 중국에서 긴급 사용이 승인된 최근 약물인 Paxlovid/nirmatrelvir10을 포함하여 새로운 항바이러스제8,9,10,11의 신속한 개발에 매우 ​​중요했습니다.

이종성 발현 성숙한 Mpro를 얻기 위해 연구자들은 nsp5 구조물의 N 말단 부분에 nsp4 C 말단 부분을 추가하여 시험관 내에서 Mpro의 자가 절단 및 이량체화를 허용하는 일반적인 전략을 채택했습니다. 이전에 우리는 N-말단6에 nsp4의 C-말단 부분을 포함하는 SARS-CoV-2 Mpro C145S 돌연변이의 활성 및 생화학적 프로필을 설명했습니다. 이 세린 돌연변이는 이 효소의 생화학적 측면을 연구하는 데 유용한 도구인 Mpro의 활성이지만 훨씬 느린 버전을 생성했습니다. 이량체 Mpro와는 다르게 이 샘플은 용액에서 단량체, 이량체, 삼량체 및 사량체의 동적 혼합으로 작동합니다6. 이 세린 돌연변이의 잔류 활성은 N-말단 nsp4-nsp5 펩타이드의 느린 절단을 허용하여 성숙 과정 동안 용액에서 Mpro의 올리고머 상태를 모니터링할 수 있게 했습니다6. 우리는 Mpro C145S의 사량체 형태가 N-말단 절단에 정비례하는 현상에서 이틀에 걸쳐 이량체로서 평형을 달성한다는 것을 관찰했으며, 따라서 N-말단 처리가 이량체화에 중요하다고 추론합니다. 또한, 우리는 이전에 사량체 Mpro 샘플에서 얻은 nsp5-nsp6 C 말단 펩타이드와 복합체를 이루는 Mpro C145S의 결정 구조를 밝혀 이 주요 절단 성숙 이벤트에 대한 자세한 묘사를 제시했습니다. 요약하면, 두 개의 성숙한 Mpro 이량체는 이량체-이량체 일시적 복합체로 조립되어 한 Mpro 분자의 C-말단을 다른 Mpro 분자의 활성 부위쪽으로 위치시키고 이어서 절단 과정에서 C-말단 처리가 이루어집니다6.