Влияние in situ ограниченного протеолиза Х-вируса картофеля на изменение структуры вирионов, согласно данным малоуглового рентгеновского рассеяния и тритиевого мечения

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Вирусные капсиды семейства потексвирусов характеризуются наличием на поверхности вирионов частично неупорядоченных N-концевых фрагментов белков различной протяжённости. Настоящее исследование посвящено изучению влияния in situ удаления N-концевого домена белка оболочки (БО) на структурную организацию и физико-химические свойства вирионов X-вируса картофеля (ХВК). В работе рассматриваются вирионы ХВК, содержащие интактную Ps-форму БО, а также вирионы, включающие in situ деградированную Pf-форму, лишённую 19/21 аминокислотных остатков с N-конца (ХВКΔN). Для изучения применялись методы синхротронного малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), тритиевой бомбардировки и ряд других физико-химических методов. Анализ изображений, полученных методом ПЭМ, выявил сходство архитектуры нитевидных вирионов ХВК и ХВКΔN. Результаты МУРР продемонстрировали различия в организации капсидов вирионов ХВК и ХВКΔN: для последних характерно сокращение размеров упорядоченных областей, что свидетельствовало о частичном нарушении структуры белкового каркаса вируса. Кроме того, по кривым рассеяния МУРР были рассчитаны параметры спиральной упаковки вирионов в растворе и выполнено структурное моделирование частиц. Результаты моделирования также указывают на изменения в структуре капсидов вследствие удаления ΔN-пептида. С использованием информации о вторичной структуре модели ХВК (PDB ID: 6R7G) и данных наших предыдущих исследований по тритиевому мечению поверхностных участков вирионов ХВК и ХВКΔN был проведён сравнительный анализ профилей включения метки в элементы вторичной структуры белка. С помощью данного подхода удалось предсказать локализацию ΔN-пептида над остатками аминокислот соседних субъединиц спирали (122–129 и 143–153) и показать стабилизирующее влияние этого пептида на структуру вириона в целом. Увеличение уровня метки в C-концевой области после удаления ΔN-пептида также свидетельствует о снижении компактности вириона. В целом, полученные знания будут полезными при использовании вирусоподобных наночастиц в биотехнологии.

Об авторах

А. Л. Ксенофонтов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

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

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского

Россия, 119991 Москва

М. В. Петухов

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН; Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru
Россия, 119071 Москва; 117997 Москва

Г. С. Петерс

НИЦ «Курчатовский институт»

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru
Россия, 123182 Москва

А. М. Арутюнян

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского

Россия, 119991 Москва

Л. А. Баратова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского

Россия, 119991 Москва

М. В. Архипенко

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru

биологический факультет

Россия, 119234 Москва

Н. А. Никитин

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru

биологический факультет

Россия, 119234 Москва

О. В. Карпова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: ksenofon@belozersky.msu.ru

биологический факультет

Россия, 119234 Москва

Э. В. Штыкова

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

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

Список литературы

  1. 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.
  2. Balke, I., and Zeltins, A. (2019) Use of plant viruses and virus-like particles for the creation of novel vaccines, Adv. Drug Deliv. Rev., 145, 119-129, doi: 10.1016/j.addr.2018.08.007.
  3. Kondakova, O. A., Evtushenko, E. A., Baranov, O. A., Nikitin, N. A., and Karpova, O. V. (2022) Structurally modified plant viruses and bacteriophages with helical structure. Properties and applications, Biochemistry ( Moscow), 87, 548-558, doi: 10.1134/S0006297922060062.
  4. 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.
  5. Nemykh, M. A., Efimov, A. V., Novikov, V. K., Orlov, V. N., Arutyunyan, A. M., Drachev, V. A., Lukashina, E. V., Baratova, L. A., and Dobrov, E. N. (2008) One more probable structural transition in potato virus X virions and a revised model of the virus coat protein structure, Virology, 373, 61-71, doi: 10.1016/j.virol.2007.11.024.
  6. 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.
  7. 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.
  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. 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.
  10. Koenig, R., Tremaine, J. H., Shepard, J. F. (1978) In situ degradation of the protein chain of Potato Virus X at the N- and C-termini, J. Gen. Virol., 38, 329-337, doi: 10.1099/0022-1317-38-2-329.
  11. Golshteĭn, M., Grebenshchikov, N., Kust, S., Kaftanova, A., Dobrov, E., and Atabekov, I. (1990) The effect of proteolytic cleavage of potato virus x coat protein on its ability to self-assemble with rna and viral infectivity, Mol. Gen. Mikrobiol. Virusol., 2, 9-16.
  12. Ksenofontov, A. L., Petoukhov, M. V., Matveev, V. V., Fedorova, N. V., Semenyuk, P. I., Arutyunyan, A. M., Manukhova, T. I., Evtushenko, E. A., Nikitin, N. A., Karpova, O. V., and Shtykova, E. V. (2023) Effect of the coat protein N-terminal domain structure on the structure and physicochemical properties of virions of Potato virus X and Alternanthera mosaic virus, Biochemistry (Moscow), 88, 119-130, doi: 10.1134/S0006297923010108.
  13. 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.
  14. Shtykova, E. V., Dubrovin, E. V., Ksenofontov, A. L., Gifer, P. K., Petoukhov, M. V., Tokhtar, V. K., Sapozhnikova, I. M., Stavrianidi, A. N., Kordyukova, L. V., and Batishchev, O. V. (2024) Structural insights into plant viruses revealed by small-angle X-ray scattering and atomic force microscopy, Viruses, 16, 427, doi: 10.3390/v16030427.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. Ksenofontov, A. L., Baratova, L. A., Semenyuk, P. I., Fedorova, N. V., and Badun, G. A. (2023) Changes in the structure of potato virus A virions after limited in situ proteolysis according to tritium labeling data and computer simulation, Biochemistry (Moscow), 88, 2146-2156, doi: 10.1134/S0006297923120167.
  21. 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.
  22. 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.
  23. Peters, G. S., Zakharchenko, O. A., Konarev, P. V., Karmazikov, Y. V., Smirnov, M. A., Zabelin, A. V., Mukhamedzhanov, E. H., Veligzhanin, A. A., Blagov, A. E., and Kovalchuk, M. V. (2019) The small-angle X-ray scattering beamline BioMUR at the Kurchatov synchrotron radiation source, Nuclear Inst. Methods Phys. Res. A, 945, 162616, doi: 10.1016/j.nima.2019.162616.
  24. Peters, G. S., Gaponov, Y. A., Konarev, P. V., Marchenkova, M. A., Ilina, K. B., Volkov, V. V., Pisarevskiy, Y. V., and Kovalchuk, M. V. (2022) Upgrade of the BioMUR beamline at the Kurchatov synchrotron radiation source for serial small-angle X-ray scattering experiments in solutions, Nuclear Inst. Methods Phys. Res. A, 1025, 166170, doi: 10.1016/j.nima.2021.166170.
  25. Hammersley, A. P. (2016) FIT2D: a multi-purpose data reduction, analysis and visualization program, J. Appl. Cryst., 49, 646-652, https://doi.org/10.1107/S1600576716000455.
  26. 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. Cryst., 36, 1277-1282, doi: 10.1107/S0021889803012779.
  27. 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. Cryst., 54, 343-355, doi: 10.1107/S1600576720013412.
  28. 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.
  29. Вайнштейн Б. (1963) Дифракция рентгеновских лучей на цепных молекулах, АН СССР, Москва.
  30. 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.
  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. 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.
  34. Solovyev, A. G., and Makarov, V. V. (2016) Helical capsids of plant viruses: architecture with structural lability, J. Gen. Virol., 97, 1739-1754, doi: 10.1099/jgv.0.000524.
  35. 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.
  36. 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.
  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. Dynamics, 34, 250-258, doi: 10.1080/07391102.2015.1022604.
  38. 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.
  39. 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.
  40. 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.
  41. 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.
  42. 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.
  43. Koenig, R. (1972) Anomalous behavior of the coat proteins of potato virus X and cactus virus X during electrophoresis in dodecyl sulfate-containing polyacrylamide gels, Virology, 50, 263-266, doi: 10.1016/0042-6822(72)90368-6.
  44. Makarov, V. V., and Kalinina, N. O. (2016) Structure and noncanonical activities of coat proteins of helical plant viruses, Biochemistry (Moscow), 81, 1-18, doi: 10.1134/S0006297916010016.
  45. Kavcic, L., Kezar, A., Koritnik, N., Znidaric, M. T., Klobucar, T., Vicic, Z., Merzel, F., Holden, E., Benesch, J. L. P., and Podobnik, M. (2024) From structural polymorphism to structural metamorphosis of the coat protein of flexuous filamentous potato virus Y, Commun. Chem., 7, 14, doi: 10.1038/s42004-024-01100-x.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».