Нейраминида́за (КФ 3.2.1.18) — фермент, относящийся к гликозил-гидролазам. Номенклатурное название — экзо-α-сиалидаза. Также употребимы названия: α-нейраминидаза, N-ацилнейраминидатгликогидролаза, сиалидаза. Катализируемые реакции: гидролиз α-2→3-, α-2→6-, α-2→8-кетозидных связей концевых остатков сиаловой кислоты в олигосахаридах, гликопротеинах, гликолипидах и синтетических соединениях.
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Энциклопедичный YouTube
-
1/2Просмотров:2 623153 096
-
Генетический сдвиг гриппа
-
Когда грипп атакует!
Субтитры
Мы поговорили о том, как вирус гриппа атакует клетки. Однако периодически, при неблагоприятном развитии ситуации, вы заражаетесь сразу двумя вирусами, которые поражают одну и ту же клетку. Представьте, насколько плохо вам будет в подобной ситуации. Вы заразились не одним вирусом, а сразу двумя. Вот как это происходит у людей. Это также может происходить и у других животных, например у свиней. Это действительно неприятно. Это совсем не похоже на организованную атаку. Просто случайность: 2 вируса собираются одновременно напасть на 1 клетку. На верхнем из них имеется некоторое количество РНК. Изображу 8 фрагментов РНК красным цветом. Эта РНК кодирует небольшие Н-белки. Вот это обозначу Н, например Н3. Нарисую ещё 1 гемагглютинин здесь. Вы помните, что он похож на руку, потому что захватывает сиаловую кислоту. А здесь у нас имеется нейраминидаза. Нейраминидаза отрезает эту сиаловую кислоту. Она помогает вирусу выйти. Обозначим её N2. У нас имеется H3N2 у верхнего вируса. У нижнего вируса я хочу изобразить… 5, 6, 7, 8. Обозначу их немного другим цветом. Это тоже Н-белок, однако это будет Н1. Н1. Выделю цветом, чтобы вам было легче их различать. И, конечно, имеется нейраминидаза у этого вируса. Она будет зелёной. Это будет N1. Внизу у нас Н1N1, а наверху — H3N2. Оба эти вируса готовы к действию. Они готовы напасть на эту клетку. До того как эти вирусы окажутся рядом, клетка занимается своей обычной работой. У неё есть ДНК. Как только вирусы проникли внутрь, они подчиняют её себе. Итак, вирусная РНК проникает внутрь клетки. И вот красная РНК внутри. И синяя РНК здесь. РНК начинает подчинять себе клетку и приказывает ей создавать как можно больше копий себя самой. Внезапно клетка превращается в завод для производства синего вируса, синей вирусной РНК. Вот это Н1N1. А также она становится заводом по производству верхнего вируса, H3N2. Они фактически совместно захватывают клетку. В результате клетка работает на 2 направления, она работает сразу на 2 различных вируса. Красная РНК кодирует такие белки, как Н3. Это белок, который она производит. Также она кодирует N2. Вот здесь у нас N2, больше N2-белка вот здесь. С другой стороны, в верхней части производится некоторое количество Н1. Итак, 2 различных типа гемагглютининов и белков синтезируются одновременно в одной и той же клетке. И появляется 2 различных типа нейраминидазы. Одна из них — N1, она изготавливается здесь. Вот что происходит в общих чертах. Мы видим, что клетка производит большое количество белка и РНК. В конечном итоге данная клетка начинает выделять новые вирусы. Вот что мы видим на правой стороне — множество вирусов, которые покидают клетку. Как они будут выглядеть? Полагаю, это основной вопрос. Некоторые из них действительно могут выглядеть в точности как их родители. Как будто они получили только красную РНК или только синюю. И это привело к тому, что они полностью идентичны своим родителям. Они могут иметь такие же белки. У них могут быть фиолетовые белки Н3, а также N2. Скажем N2 вот здесь. Фактически этот вирус выглядит точно так же, как и его родитель. H3N2 — так мы будем его обозначать. Этот нижний вирус с синей РНК будет выглядеть в целом так же. У него также может быть Н1 вот здесь, может быть немного Н1 на этой стороне. А также N1. У него может быть нейраминидаза здесь и здесь. И название нижнего вируса будет точно таким же. Обозначу его H1N1. Однако интересно, что могло произойти некоторое смешивание. Могло появиться несколько синих фрагментов здесь, например, скажем, 3 синих, а также 2 синих вот здесь. Если происходит смешивание РНК, то произойдёт и смешивание белков. Может появится белок здесь. Это будет Н3. И, может быть, Н3 здесь. Возможно у нижнего вируса будет нечто немного другое. Быть может, у него окажется Н1, может быть, Н здесь. То есть наблюдается некоторое смешивание этих Н-белков. Возможно, на этой стороне будет N2, может быть N2. Это уже отличается от его родителей. А вот здесь наверху может располагаться N1. Совершенно случайно всё начинает выглядеть по-новому. Назовём эти вирусы. Этот верхний вирус будет H3, потому что у него фиолетовый гемагглютинин. Эта зелёная пара ножниц — это был белок N1. Вирус H3N1. А нижний будет Н1, потому что у него есть жёлтая рука. Оттого что у него есть пара ножниц, мы назовём его N2. То есть они уже отличаются. Они отличаются от своих родителей, так? А другие точно такие же, как и их родители. Есть несколько видов вирусов, выходящих из клетки. Что это означает? Если этот вирус эффективен… То есть он эффективен в инфицировании человека, и он активно распространяется от одного человека к другому. Возможно, большое количество людей заразилось всего лишь от одного больного человека. Конечно, он будет распространяться во всех направлениях, не правда ли? И все это приведёт к тому, что множество людей в итоге заболеет. И мы тогда скажем, что в этой популяции людей, в этом сообществе H3N1 является доминирующим новым вирусным штаммом. Этот процесс носит название «генетический сдвиг». Процесс возникновения нового вируса после смешивания его генов называется генетическим сдвигом. Генетический сдвиг. Вот что имеется в виду. Разумеется, это происходит с вирусами типа А. Как вы помните, у нас есть вирусы А, В и также С. Этот процесс происходит исключительно у вирусов типа А. Иногда бывает по-другому. Может быть, этот вирус не сможет поразить большое количество людей. То есть он не очень эффективно вызывает заболевание. Если это тот самый случай, то скоро он будет забыт. Это смешивание, этот генетический сдвиг может происходить у людей. Человек может заразиться двумя вирусами. Этот человек затем, вероятно, заразит других людей. То же самое у животных. Можно наблюдать подобное у свиней. Эта маленькая свинья заболела. И свинья затем заразит, например, фермера, который ее вырастил. Иногда используют термин «смесительный сосуд». В данном случае смесительным сосудом является человек из первого примера или свинья из второго, у которых произошло смешивание двух вирусов типа А. До встречи в следующем видео. Subtitles by the Amara.org community
Разнообразие нейраминидаз
Нейраминидаза широко распространена в природе, она входит в состав оболочек некоторых вирусов. Обнаружена в ряде патогенных микроорганизмов (впервые была открыта в культуре возбудителей газовой гангрены Clostridium perfringens), a также у позвоночных и беспозвоночных животных. У растений нейраминидаза не обнаружена.
Фермент строго специфичен по отношению к конфигурации кетозидной связи и относительно специфичен к положению этой связи в молекуле. Нейраминидаза из холерного вибриона и возбудителя газовой гангрены, обычно применяющиеся в лабораторной практике, могут расщеплять α-2→3- и α-2→6-кетозидные связи. Вирусные нейраминидазы, как правило, обладают более строгой специфичностью по отношению к положению α-кетозидной связи. Фермент не требует кофакторов, но некоторые из нейраминидаз активируются ионами Са2+.
К настоящему времени ферменты с сиалидазной активностью входят в состав 3-х семейств гликозил-гидролаз: GH33, GH34, GH83.[1] Для всех трех семейств характерна структура 6-лопастного-β-пропеллера. В семейство GH33 включены ферменты, обнаруженные у бактерий, различных эукариот и вирусов. Для них также характерно наличие транссиалидазной активности КФ 2.4.1.-.[2] К семейству GH34 принадлежат молекулы вирусного происхождения.[3] В семейство GH83 входят вирусные гемагглютинин-нейраминидазы.[4]
Является одним из двух основных поверхностных антигенов вируса гриппа. Указание типа нейраминидазы используется в обозначении подтипа вируса: например, H5N1 (буква H от «гемагглютинин»).
Нейраминидаза вируса гриппа
Открытие
Существование ферментативной активности на поверхности вириона вируса гриппа было открыто американским вирусологом Джорджем Кеблом Хёрстом (George Keble Hirst, 02.03.1909—22.01.1994) в 1942 году. Он инкубировал эритроциты с вирусом, наблюдая за реакцией гемагглютинации, и отметил, что агглютинация не является устойчивой[5].
Биологическая роль
Как известно на сегодняшний день, один из поверхностных гликопротеинов вириона гриппа, гемагглютинин, прикрепляется к полисахаридным цепочкам на поверхности эритроцитов, содержащим остатки сиаловой кислоты. Другой поверхностный гликопротеин, нейраминидаза, специфически отщепляет остаток сиаловой (N-ацетилнейраминовой) кислоты от полисахаридов мембраны эритроцита, тем самым разрушая рецепторы к вирусу на клетках организма-хозяина. Нейраминидаза разрушает α-кето-связь между концевой N-ацетилнейраминовой кислотой и соседним углеводным остатком, обычно, галактозой. Вирусный фермент демонстрирует некоторое «предпочтение» α-2→3 связям[6].
Роль фермента, разрушающего рецепторы к вирусу, не ясна до конца. Предполагается, что активность нейраминидазы помогает вирусным частицам проникать через секреты слизистых, богатых сиаловой кислотой, для достижения вирионами клеток-мишеней эпителия дыхательных путей[7]. Также экспериментально подтверждена роль фермента в облегчении высвобождения вновь образованных вирусных частиц с поверхности заражённых клеток, где те могут агрегироваться в результате взаимодействия вирусного гемагглютинина с сиаловой кислотой на мембране клетки[8].
Антигенная специфичность
Как и гемагглютинин, нейраминидаза — очень важный поверхностный антиген вируса. Для вируса гриппа типа А обнаружено две антигенные вариации. Изменения в аминокислотной последовательности антигенов идут постоянно из-за давления отбора антител иммунизированной популяции. В результате генетической рекомбинации появляются вирусы с антигенной последовательностью, значительно (до 50 %) отличающейся от таковой у циркулирующих штаммов. Такие изменения в подтипах как по гемагглютинину, так и нейраминидазе произошли у человеческого гриппа в 1957 году (когда вирус H1N1 перешёл в H2N2), в 1968 (H2N2 в H3N2) и в 1977 (H3N2 в H1N1, хотя вирус H3N2 продолжил циркулировать)[9]. Подобные мутации ответственны за большинство пандемий, прошедших в последнее время. Различия между подтипами выявляются по отрицательной перекрестной реакции на сыворотку к каждому из них. Вирус гриппа типа B не выявляет подобной смены антигенной специфичности, хотя изменения в строении антигенов также происходят.
Антитела к нейраминидазе снижают тяжесть заболевания [10], но не приводят к излечению от инфекции, что согласуется с ролью нейраминидазы в жизненном цикле вируса.
Структура
Нейраминидаза — это тетрамер, заякоренный в вирусной мембране с помощью одной гидрофобной последовательности из 29 аминокислот, расположенной возле N-конца белка. Из разрушенной вирусной мембраны выделяется белок с молекулярной массой 200 кДа, содержащий 4 идентичные гликозилированные субъединицы, который обладает всеми антигенными и ферментативными свойствами мембрансвязанной нейраминидазы[11]. Этот белок был кристаллизован и его структура изучена с помощью УФ-дифракции.
Схематично структуру нейраминидазы можно представить как 6 4-цепочечных антипараллельных β-слоя, расположенных как лопасти пропеллера.[12] Центральная (первая) цепь каждого слоя параллельна оси пропеллера, остальные же располагаются практически перпендикулярно относительно неё. Крайняя цепь первого слоя соединена с центральной цепью слоя, следующего за ним. Это соединение расположено на поверхности молекулы фермента и несет множество антигенно и энзиматически важных аминокислот.[13][14][15]
Четыре одинаковых субъединицы расположены радиально. Активный центр фермента расположен по центру каждой из субъединиц. Он представляет собой глубокий карман, окруженный стенками, аминокислотная последовательность которых инвариантна для всех известных штаммов вируса. Эти аминокислоты активного центра можно разделить на 2 типа: одни участвуют в непосредственном контакте с субстратом, другие же выполняют лишь функцию поддержания структуры.[16]
С помощью кристаллографии определено наличие олигосахаридных цепочек, прикрепленных к протеину и имеющих вид антенн.[9]
Ингибиторы нейраминидазы гриппа
Поиск ингибиторов нейраминидазы гриппа начался в 1966 году [17]. Поводом для этого послужило предположение, что подобные вещества будут проявлять противовирусную активность.
Первый ингибитор, диен α-сиаловой кислоты (Neu5Ac2en), был синтезирован в 1969 году[18]. Множество аналогов вещества Neu5Ac2en было синтезировано в 70-е годы XX столетия, наиболее сильным ингибитором оказалось трифторацетил-производное Neu5Ac2en. Данное вещество использовалось для изучения роли нейраминидазы в жизненном цикле вируса, но противовирусной его активности обнаружено не было.[19]
Ингибитором нейраминидазы является широко известный противовирусный препарат Осельтамивир.
См. также
Литература
- ↑ CAZy — GH. Дата обращения: 2 апреля 2007. Архивировано 27 сентября 2013 года.
- ↑ CAZy — GH33. Дата обращения: 2 апреля 2007. Архивировано 25 февраля 2007 года.
- ↑ CAZy — GH34. Дата обращения: 2 апреля 2007. Архивировано 16 августа 2007 года.
- ↑ CAZy — GH83. Дата обращения: 2 апреля 2007. Архивировано 20 июля 2007 года.
- ↑ Hirst, G. K. Adsorption of influenza haemagglutinins and virus by redblood cells : [англ.] // Journal of Experimental Medicine. — 1942. — Vol. 76, no. 2 (August). — P. 195–209. — doi:10.1084/jem.76.2.195. — PMID 19871229. — PMC 2135226.
- ↑ Corfield A.P., Wember M., Schauer R., Rott R. The specificity of viral sialidases. The use of oligosaccharide substrates to probee nzyme characteristics and strain specific differences. // Eur JBiochem 124, 1982, 521—525.
- ↑ Allen A. Mucus — A protective secretion of complexity. // Trends Biochem Sci, 1983, 169—173.
- ↑ Palese P., Tobita K., Ueda M., Compans R.W. Characterisation of temperature sensitive influenza virus mutants defective in neuraminidase. // Virology 61, 1974, 397—410.
- ↑ 1 2 Colman P.M. Influenza virus neuraminidase: Structure, antibodies, and inhibitors. // Protein Science. — 1994. — 3:1687-1696. Cambridge University Press.
- ↑ Kilbourne E.D., Laver W.G., Schulman J.L., Webster R.G. Antiviral activity of antiserum specific for an influenza virus neuraminidase. // J Virol 2, 1968, 281—288.
- ↑ Laver W.G. Crystallisation and peptide maps of neuraminidase heads from H2N2 and H3N2 influenza virus strains. // Virology 86, 1978, 87.
- ↑ Varghese J.N., Laver W.G., Colman P.M. Structure of the influenza virus glycoprotein antigen neuraminidase at 2.9 Å resolution. // Nature. — 1983. — 303: 35-40.
- ↑ Colman P.M., Varghese J.N., Laver W.G. Structure of the catalytic and antigenic sites in influenza virus neuraminidase. // Nature. — 1983. — 303:41-44.
- ↑ Varghese J.N., Colman P.M. Three-dimensional structure of the neuraminidase of influenza virus A/Tokyo/3/67 at 2.2 Å resolution. // JMol Biol221. — 1991. — p. 473—486.
- ↑ Varghese J.N., McKimm-Breschkin J., Caldwell J.B., Kortt A.A., Colman P.M. The structure of the complex between influenza virus neuraminidase and sialic acid, the viral receptor. Proteins Struct Funct Genetics. — 1992. — 14:327-332.
- ↑ Colman P.M., Hoyne P.A., Lawrence M.C. Sequence and structure alignment of paramyxovirus haemagglutinin-neuraminidase (HN) with influenza virus neuraminidase. // J Virol. — 1993. — 67:2972-2980.
- ↑ Edmond J.D., Johnston R.G., Kidd D., Rylance H.J., Sommerville R.G. The inhibition of neuraminidase and antiviral action. // Br J Pharmacol Chemother. — 1966. — 27, p. 415—426.
- ↑ Meindl P., Tuppy H. 2-Deoxy-2,3-dehydrosialica cids. I. Synthesis and properties of 2-deoxy-2,3-dehydro-N-acylneuraminic acids and their methyl esters. // Monatsh Chem. — 1969. — 100, p. 1295—1306.
- ↑ Palese P., Schulman J.L. Inhibitors of viral neuraminidase as potential antiviral drugs. In: Oxford JS, ed. Chemoprophylaxis and virus infections of the upper respiratory tract. — 1977. — vol I . Boca Raton, Florida: CRC Press. p. 189—205.
| |
Эта страница в последний раз была отредактирована 10 января 2023 в 15:07.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.