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Proteína de la envoltura del coronavirus

La proteína de la envoltura (E) es la más pequeña y menos caracterizada de las cuatro proteínas estructurales principales que se encuentran en los viriones del coronavirus . [2] [3] [4] Es una proteína integral de membrana de menos de 110 residuos de aminoácidos de longitud; [2] en el SARS-CoV-2 , el agente causante del Covid-19 , la proteína E tiene 75 residuos de longitud. [5] Aunque no es necesariamente esencial para la replicación viral , la ausencia de la proteína E puede producir cápsides virales ensambladas anormalmente o una replicación reducida. [2] [3] La E es una proteína multifuncional [6] y, además de su papel como proteína estructural en la cápside viral , se cree que participa en el ensamblaje viral, probablemente funciona como una viroporina y participa en patogénesis viral . [2] [5]

Estructura

Estructura de RMN en estado sólido del poro pentamérica formado por las hélices transmembrana de la proteína E del SARS-CoV-2 , que forma una viroporina permeable a los cationes . [5] [4] Representado desde PDB : 7K3G .

La proteína E consta de una región N-terminal hidrófila corta , un dominio transmembrana helicoidal hidrófobo y una región C-terminal algo hidrófila. En el SARS-CoV y el SARS-CoV-2 , la región C-terminal contiene un motivo de unión a PDZ (PBM). [2] [5] Esta característica parece conservarse solo en los grupos de coronavirus alfa y beta , pero no en gamma . [2] En los grupos beta y gamma, se encuentra un residuo de prolina conservado en la región C-terminal probablemente involucrada en dirigir la proteína al Golgi . [2]

Las hélices transmembrana de las proteínas E del SARS-CoV y el SARS-CoV-2 pueden oligomerizarse y se ha demostrado in vitro que forman estructuras pentaméricas con poros centrales que sirven como canales iónicos selectivos de cationes . [5] Los pentámeros de la proteína E de ambos virus se han caracterizado estructuralmente mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear . [5] [7]

La topología de la membrana de la proteína E se ha estudiado en varios coronavirus con resultados inconsistentes; La orientación de la proteína en la membrana puede ser variable. [3] El balance de la evidencia sugiere que la orientación más común tiene el extremo C orientado hacia el citoplasma . [8] Los estudios de la proteína E del SARS-CoV-2 son consistentes con esta orientación. [5] [9]

Modificaciones postraduccionales

En algunos coronavirus, pero no en todos, la proteína E se modifica postraduccionalmente mediante palmitoilación en residuos de cisteína conservados . [2] [8] En la proteína E del SARS-CoV, se ha observado un sitio de glicosilación , que puede influir en la topología de la membrana; [8] sin embargo, la importancia funcional de la glicosilación de E no está clara. [2] También se ha descrito la ubiquitinación del SARS-CoV E, aunque tampoco se conoce su importancia funcional. [2]

Expresión y localización

La proteína E se expresa con gran abundancia en las células infectadas. Sin embargo, sólo una pequeña cantidad de la proteína E total producida se encuentra en los viriones ensamblados . [2] [4] La proteína E se localiza en el retículo endoplásmico , el aparato de Golgi y el compartimento intermedio retículo endoplásmico-Golgi (ERGIC), el compartimento intracelular que da lugar a la envoltura viral del coronavirus . [2] [5]

Función

Esencialidad

Los estudios en diferentes coronavirus han llegado a diferentes conclusiones sobre si E es esencial para la replicación viral. En algunos coronavirus, incluido el MERS-CoV , se ha informado que E es esencial. [10] En otros, incluidos el coronavirus de ratón [11] y el SARS-CoV, E no es esencial, aunque su ausencia reduce el título viral , [12] en algunos casos al introducir defectos de propagación o causar una morfología anormal de la cápside. [2]

Viriones y ensamblaje viral.

Ilustración de un virión de coronavirus en la mucosa respiratoria , que muestra las posiciones de las cuatro proteínas estructurales y componentes del entorno extracelular [13]

La proteína E se encuentra en viriones ensamblados donde forma interacciones proteína-proteína con la proteína de membrana del coronavirus (M), la más abundante de las cuatro proteínas estructurales contenidas en la cápside viral . [2] [4] La interacción entre E y M se produce a través de sus respectivos extremos C terminales en el lado citoplasmático de la membrana. [2] En la mayoría de los coronavirus, E y M son suficientes para formar partículas similares a virus , [2] [4] aunque se ha informado que el SARS-CoV también depende del N. [14] Existe buena evidencia de que E participa en la inducción de la curvatura de la membrana para crear el típico virión esférico del coronavirus. [2] [15] Es probable que E esté involucrado en la gemación o escisión viral , aunque su papel en este proceso no se ha caracterizado bien. [2] [4] [15]

viroporina

La viroporina E se abre a pH ácido. El estado abierto en rosa presenta un extremo N amplio. Por el contrario, el extremo C se estrecha en el estado abierto, lo que acerca las cadenas laterales polares de Thr35 y Arg38 a la puerta hidrofóbica en Leu28. Se supone que esto reduce la barrera de energía para que los iones crucen el canal.

En su estado pentamérica , E forma canales iónicos selectivos de cationes y probablemente funciona como una viroporina . [5] Los estudios de RMN muestran que la viroporina presenta una conformación abierta a pH bajo o en presencia de iones calcio, mientras que la conformación cerrada se ve favorecida a pH básico. [16] La estructura de RMN muestra una puerta hidrofóbica en la leucina 28 en el medio del poro. Se cree que el paso de iones a través de la puerta se ve facilitado por los residuos polares en el extremo C-terminal. [17]

La fuga de cationes puede alterar la homeostasis de los iones , alterar la permeabilidad de la membrana y modular el pH en la célula huésped, lo que puede facilitar la liberación viral. [2] [4]


El papel de la proteína E como viroporina parece estar involucrado en la patogénesis y puede estar relacionado con la activación del inflamasoma . [3] [18] En el SARS-CoV, las mutaciones que alteran la función del canal iónico de E dan como resultado una patogénesis atenuada en modelos animales a pesar del escaso efecto sobre el crecimiento viral. [10]


Interacciones con proteínas del huésped.

Estructura de microscopía crioelectrónica de la interacción entre el motivo de unión a PDZ de la proteína E del SARS-CoV-2 (magenta) y una construcción que contiene los dominios PDZ (azul), SH3 (amarillo) y tipo guanilato quinasa (GK, verde) de una proteína de la célula huésped, PALS1 humana [19]

Las interacciones proteína-proteína entre E y las proteínas de la célula huésped se describen mejor en el SARS-CoV y se producen a través del motivo de unión al dominio PDZ C-terminal . Se ha informado que la proteína E del SARS-CoV interactúa con cinco proteínas de la célula huésped: Bcl-xL , PALS1, sintenina , subunidad α-1 de la ATPasa de sodio/potasio (Na+/K+) y estomatina . [2] La interacción con PALS1 puede estar relacionada con la patogénesis a través de la alteración resultante en las uniones estrechas . [3] [10] Esta interacción también se ha identificado en el SARS-CoV-2 . [19]

Evolución y conservación

La secuencia de la proteína E no está bien conservada en todos los géneros de coronavirus, y las identidades de secuencia alcanzan menos del 30%. [12] En experimentos de laboratorio con el virus de la hepatitis en ratones , la sustitución de proteínas E de diferentes coronavirus, incluso de diferentes grupos, podría producir virus viables, lo que sugiere que se puede tolerar una diversidad de secuencias significativa en las proteínas E funcionales. [20] La proteína E del SARS-CoV-2 es muy similar a la del SARS-CoV, con tres sustituciones y una eliminación . [4] Un estudio de secuencias del SARS-CoV-2 sugiere que la proteína E está evolucionando relativamente lentamente en comparación con otras proteínas estructurales. [21] La naturaleza conservada de la proteína de la envoltura entre las variantes del SARS-CoV y el SARS-CoV-2 ha llevado a investigarla como un objetivo potencial para el desarrollo de una vacuna universal contra el coronavirus . [22] [23]

Referencias

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