Ｈ核磁気共鳴分光法は、より大きな振幅の高速運動と、発火性ｐＨでのβシートヒト免疫不全ウイルスｇｐ４１融合ペプチドまたはヘリカルヘアピンインフルエンザウイルスヘマグルチニン融合ペプチドを含む膜のための脂質鎖秩序との干渉を支持する

H nuclear magnetic resonance spectroscopy supports larger amplitude fast motion and interference with lipid chain ordering for membrane that contains β sheet human immunodeficiency virus gp41 fusion peptide or helical hairpin influenza virus hemagglutinin fusion peptide at fusogenic pH.

• Ujjayini Ghosh
• David P Weliky

抄録

エンベロープされたウイルスは、出芽の際に感染した宿主細胞から得られる膜に囲まれている。新しい細胞への感染には、ウイルスと細胞膜の結合（融合）が必要です。このプロセスは、ウイルスの外側に大きなエクトドメインを持つ単所性のウイルス融合タンパク質によって媒介されます。クラスIエンベロープウイルスのエクトドメインは、融合に重要なN末端の「融合ペプチド」（FP）ドメインを持ち、細胞膜に結合する。本研究では、HIV gp41（GP）またはインフルエンザヘマグルチニン（HA）融合タンパク質のいずれかからのfpを有する重水素化膜について、H NMRスペクトルを分析する。さらに、HAfpサンプルは、より発情性の高いpH5と発情性の低いpH7で研究されています。ＧＰｆｐは分子間反平行βシート構造を採用しているのに対し、ＨＡｆｐは単量体らせん状ヘアピンである。データは、過重水素化アシル鎖を有するＤＭＰＣ-ｄ５４脂質を用いて、３５から０℃の間の温度のセットについて得られた。DMPCは、より高い温度では無秩序な鎖を有する液晶性（L）相を有し、より低い温度では秩序化された鎖を有するリップルゲル（P）またはゲル相（L）を有する。与えられた温度Tにおいて、ペプチドを含まない試料とHAfp, pH7の試料は、類似したスペクトルのラインシェイプを示した。温度の低下に伴うスペクトルの広がりは、L相からP相へ、そしてL相への移行と相関しています。与えられたTでは、ラインシェイプはHAfp, pH5 vs. ペプチドなしとHAfp, pH7サンプルで狭く、GPfpサンプルではさらに狭くなっています。これらのデータは、共起性ペプチドを含む試料では、より大きな振幅の高速(>10Hz)脂質アシル鎖の運動、およびペプチドが鎖の秩序化に干渉することを支持するものである。本論文のNMRデータは、これらのペプチドの膜の炭化水素コアへの挿入と相関し、おそらく融合経路における異なる膜トポロジー間の障壁が減少しているため、結果として生じる脂質アシル鎖の障害からの重要な融合の寄与を支持する。膜の挿入と脂質の摂動は、βシートとヘリカルヘアピンペプチドの両方に共通しているように見える。

Enveloped viruses are surrounded by a membrane which is obtained from an infected host cell during budding. Infection of a new cell requires joining (fusion) of the virus and cell membranes. This process is mediated by a monotopic viral fusion protein with a large ectodomain outside the virus. The ectodomains of class I enveloped viruses have a N-terminal "fusion peptide" (fp) domain that is critical for fusion and binds to the cell membrane. In this study, H NMR spectra are analyzed for deuterated membrane with fp from either HIV gp41 (GP) or influenza hemagglutinin (HA) fusion proteins. In addition, the HAfp samples are studied at more fusogenic pH 5 and less fusogenic pH 7. GPfp adopts intermolecular antiparallel β sheet structure whereas HAfp is a monomeric helical hairpin. The data are obtained for a set of temperatures between 35 and 0 °C using DMPC-d54 lipid with perdeuterated acyl chains. The DMPC has liquid-crystalline (L) phase with disordered chains at higher temperature and rippled gel (P) or gel phase (L) with ordered chains at lower temperature. At given temperature T, the no peptide and HAfp, pH 7 samples exhibit similar spectral lineshapes. Spectral broadening with reduced temperature correlates with the transition from L to P and then L phases. At given T, the lineshapes are narrower for HAfp, pH 5 vs. no peptide and HAfp, pH 7 samples, and even narrower for the GPfp sample. These data support larger-amplitude fast (>10 Hz) lipid acyl chain motion for samples with fusogenic peptides, and peptide interference with chain ordering. The NMR data of the present paper correlate with insertion of these peptides into the hydrocarbon core of the membrane and support a significant fusion contribution from the resultant lipid acyl chain disorder, perhaps because of reduced barriers between the different membrane topologies in the fusion pathway. Membrane insertion and lipid perturbation appear common to both β sheet and helical hairpin peptides.

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