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揭开 SARS-CoV-2 主蛋白酶活性位点突变体和前体抑制剂结合的构象稳定性。

Unmasking the Conformational Stability and Inhibitor Binding to SARS-CoV-2 Main Protease Active Site Mutants and Miniprecursor.

机构信息

Neutron Scattering Division, Oak Ridge National Laboratory, 1 Bethel Valley Road, Oak Ridge, TN 37831, USA.

Second Target Station, Oak Ridge National Laboratory, 1 Bethel Valley Road, Oak Ridge, TN 37831, USA.

出版信息

J Mol Biol. 2022 Dec 30;434(24):167876. doi: 10.1016/j.jmb.2022.167876. Epub 2022 Nov 2.

DOI:10.1016/j.jmb.2022.167876
PMID:36334779
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9628131/
Abstract

We recently demonstrated that inhibitor binding reorganizes the oxyanion loop of a monomeric catalytic domain of SARS CoV-2 main protease (MPro) from an unwound (E) to a wound (active, E*) conformation, independent of dimerization. Here we assess the effect of the flanking N-terminal residues, to imitate the MPro precursor prior to its autoprocessing, on conformational equilibria rendering stability and inhibitor binding. Thermal denaturation (T) of C145A mutant, unlike H41A, increases by 6.8 °C, relative to wild-type mature dimer. An inactivating H41A mutation to maintain a miniprecursor containing TSAVL[Q or E] of the flanking nsp4 sequence in an intact form [MPro and MPro, respectively], and its corresponding mature MPro were systematically examined. While the H41A mutation exerts negligible effect on T and dimer dissociation constant (K) of MPro, relative to the wild type MPro, both miniprecursors show a 4-5 °C decrease in T and > 85-fold increase in K as compared to MPro. The K for the binding of the covalent inhibitor GC373 to MPro increases ∼12-fold, relative to MPro, concomitant with its dimerization. While the inhibitor-free dimer exhibits a state in transit from E to E* with a conformational asymmetry of the protomers' oxyanion loops and helical domains, inhibitor binding restores the asymmetry to mature-like oxyanion loop conformations (E*) but not of the helical domains. Disorder of the terminal residues 1-2 and 302-306 observed in both structures suggest that N-terminal autoprocessing is tightly coupled to the E-E* equilibrium and stable dimer formation.

摘要

我们最近证明,抑制剂结合将 SARS CoV-2 主蛋白酶(MPro)单体催化结构域的氧阴离子环从未缠绕(E)构象重新组织为缠绕(活性,E*)构象,而无需二聚化。在这里,我们评估侧翼 N 端残基的影响,以模拟 MPro 前体在其自身加工之前的构象平衡,从而产生稳定性和抑制剂结合。与 H41A 相比,C145A 突变体的热变性(T)增加了 6.8°C,相对于野生型成熟二聚体。一个失活的 H41A 突变,以保持侧翼 nsp4 序列的 TSAVL[Q 或 E]的最小前体处于完整形式[MPro 和 MPro 分别],并对其相应的成熟 MPro 进行了系统研究。虽然 H41A 突变对 MPro 的 T 和二聚体解离常数(K)的影响可以忽略不计,但与野生型 MPro 相比,这两种最小前体的 T 降低了 4-5°C,K 增加了 85 倍以上。与 MPro 相比,共价抑制剂 GC373 与 MPro 的结合 K 增加了约 12 倍,同时发生二聚化。虽然无抑制剂的二聚体表现出从 E 到 E的过渡状态,其单体氧阴离子环和螺旋结构域的构象不对称,但抑制剂结合将不对称性恢复为成熟的氧阴离子环构象(E),但不是螺旋结构域。在这两种结构中都观察到末端残基 1-2 和 302-306 的无序,表明 N 端自身加工与 E-E*平衡和稳定的二聚体形成紧密相关。

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