Dalam mencari pengobatan flu baru, ahli kimia mendapatkan wawasan baru tentang perilaku air dalam saluran virus flu

Dinamika air yang berbeda terlihat antara keadaan tertutup (kiri) dan terbuka (kanan) saluran proton transmembran dari protein M2 virus influenza B. Molekul air sedikit lebih berorientasi pada keadaan terbuka daripada keadaan tertutup untuk memungkinkan proton ” melompat “melalui ikatan hidrogen air. Kredit: gambar disediakan oleh para peneliti

Penelitian tentang perilaku air dalam saluran proton memberikan kemungkinan jalan baru untuk pengobatan influenza.

Dalam studi baru tentang dinamika air, tim dari DENGAN Ahli kimia yang dipimpin oleh Profesor Mei Hong, bekerja sama dengan Associate Professor Adam Willard, telah menemukan bahwa air dari saluran ion adalah anisotropik atau sebagian sejajar. Data para peneliti, yang pertama dari jenisnya, menunjukkan hubungan dinamika air dan keteraturan konduksi proton dalam saluran ion. Pekerjaan ini juga memberikan kemungkinan jalan baru untuk pengembangan obat antivirus atau perawatan lain.

Anggota laboratorium Hong melakukan eksperimen resonansi magnetik nuklir (NMR) canggih untuk mendemonstrasikan keberadaan air anisotropik di saluran proton virus influenza M, sementara anggota kelompok Willard melakukanatom simulasi dinamika molekuler untuk memvalidasi dan menambah data eksperimen. Kajiannya, di mana Hong adalah penulis utamanya, diterbitkan di Biologi Komunikasi, dan penulis bersama Martin Gelenter, Venkata Mandala dan Aurelio Dregni dari Hong Lab, serta Michiel Niesen dan Dina Sharon dari Willard Group.

Saluran air dan virus flu

Protein virus influenza B BM2 adalah saluran protein yang mengasamkan virus, membantunya melepaskan materi genetiknya ke dalam sel yang terinfeksi. Air di saluran ini memainkan peran kunci dalam membantu virus flu menjadi menular, karena memfasilitasi konduksi proton di dalam saluran untuk melintasi membran lipid.

Sebelumnya, laboratorium Hong mempelajari cara kerja amina AC id Histidin mengangkut proton air ke virus flu, tetapi mereka belum menyelidiki molekul air secara rinci. Studi baru ini telah memberikan mata rantai yang hilang dalam pemahaman lengkap tentang rantai ikatan hidrogen campuran antara air dan histidin dalam saluran M2. Untuk memperlambat protein virus flu, salurannya harus ditutup dengan molekul kecil, yaitu obat antivirus, agar saluran airnya putus.

Untuk menyelaraskan ikatan hidrogen air-ke-air untuk “lompatan proton”, molekul air setidaknya harus berorientasi sebagian. Namun, sangat sulit untuk mendeteksi secara eksperimental sejumlah kecil sisa penyelarasan molekul air dalam saluran, tanpa membekukan sampel. Akibatnya, sebagian besar penelitian sebelumnya tentang subjek tersebut dilakukan oleh ahli kimia komputasi seperti Willard. Data eksperimental tentang topik ini biasanya terbatas pada struktur kristal yang diperoleh pada suhu kriogenik. Laboratorium Hong mengadopsi teknik relaksasi NMR yang dapat digunakan pada suhu yang lebih hangat sekitar 0 derajat Celsius. Pada suhu ini, molekul air berputar cukup lambat sehingga peneliti dapat mengamati mobilitas dan orientasi residu di saluran untuk pertama kalinya.

Lebih banyak ruang, lebih banyak keteraturan

Bukti yang diberikan oleh eksperimen NMR Hong Kong menunjukkan bahwa molekul air keadaan terbuka saluran BM2 lebih selaras daripada keadaan tertutup, meskipun ada lebih banyak molekul air berlabel terbuka. Para peneliti mendeteksi urutan sisa ini dengan mengukur properti magnetik yang disebut anisotropi perpindahan kimia untuk proton air. Penjajaran air yang lebih tinggi pada pH rendah sangat mengejutkan.

“Ini awalnya berlawanan dengan intuisi kami,” kata Hong. “Kami tahu dari banyak data NMR sebelumnya bahwa saluran terbuka memiliki lebih banyak molekul air, jadi Anda mungkin berpikir bahwa molekul air ini seharusnya lebih tidak teratur dan acak di saluran yang lebih luas. Tapi tidak, perairan sedikit lebih baik diselaraskan berdasarkan relaksasi Data NMR “. Simulasi dinamik molekuler menunjukkan bahwa urutan ini diinduksi oleh residu selektif proton kunci, histidin, yang bermuatan positif pada pH rendah.

Melalui penggunaan spektroskopi NMR solid-state dan simulasi dinamika molekuler, para peneliti juga menemukan bahwa air berputar dan diterjemahkan melalui saluran lebih cepat dalam keadaan terbuka pada pH rendah daripada dalam keadaan pH alt tertutup. Hasil ini bersama-sama menunjukkan bahwa molekul air menjalani reorientasi amplitudo kecil untuk menetapkan penyelarasan yang diperlukan untuk lompatan proton.

Menghambat konduksi proton, menghalangi virus

Dengan menggunakan simulasi dinamika molekuler yang dilakukan oleh Willard dan kelompoknya, para peneliti dapat mengamati bahwa jaringan air memiliki lebih sedikit hambatan ikatan hidrogen dalam keadaan terbuka daripada dalam keadaan tertutup. Oleh karena itu, dinamika yang lebih cepat dan tatanan orientasi yang lebih tinggi dari molekul air di saluran terbuka membentuk struktur jaringan air yang diperlukan untuk lompatan proton dan keberhasilan infeksi oleh virus.

Ketika virus influenza memasuki sel, virus memasuki kompartemen kecil yang disebut endosom. Kompartemen endosom bersifat asam, yang menyebabkan protein membuka jalur yang diresapi air dan mengarahkan proton ke virus. PH asam memiliki konsentrasi ion hidrogen yang tinggi, yang mendorong protein M2. Tanpa molekul air yang menyampaikan proton, proton tidak akan mencapai histidin, residu asam amino kritis. Histidin adalah residu selektif untuk proton dan berputar untuk mentransfer proton yang dibawa oleh molekul air. Oleh karena itu, rantai relai antara molekul air dan histidin bertanggung jawab atas konduksi proton melalui saluran M2. Oleh karena itu, temuan yang ditunjukkan dalam penelitian ini mungkin relevan untuk pengembangan obat antivirus dan aplikasi praktis lainnya.

Referensi: “Orientasi dan dinamika air dalam saluran proton M2 tertutup dan terbuka dari virus influenza B” oleh Martin D. Gelenter, Venkata S. Mandala, Michiel JM Niesen, Dina A. Sharon, Aurelio J. Dregni, Adam P. Willard dan Mei Hong, 12 Maret 2021, Biologi Komunikasi.
DOI: 10.1038 / s42003-021-01847-2

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.