ジカウイルス非構造タンパク質5メチルトランスフェラーゼのダイナミクスとアロステリー

Dynamics and allostery of Zika virus non-structural protein 5 methyltransferase.

• Marcelo Chagas
• Willian Rocha
• Adolfo Moraes

抄録

非構造タンパク質5（NS5）のメチル化酵素（MTase）ドメインはフラビウイルスの複製において基本的な役割を果たしており、その阻害は抗ウイルス開発のための戦略である。MTaseは、グアニンN-7と第一アデノシンのリボース2'OHでウイルスRNAキャップをメチル化する。ジカウイルス（ZIKV）や他のフラビウイルスのMTaseが、補因子、基質、阻害剤候補に結合した多くの構造が解決されている。しかし、MTaseの結合と触媒活性の動的な変調はまだ解明されていない。本研究では、グアニシン-5'-三リン酸(GTP)とアデノシル-Lメチオニン(SAM)に結合したZIKV NS5 MTaseドメインの構造動態を調べ、リガンド結合とメチル転移反応に関連した分子動力学的変化を明らかにした。我々は、GTPとSAMが個別に、GTP-SAMが三元複合体の中で結合することで、RNA結合部位にアロステリィが誘導されていることを観察し、ZIKV MTaseのコンフォメーション平衡の複雑さとウイルスRNA認識への影響を示している。また、X線結晶構造解析により、ヒト特異的なN-メチルトランスフェラーゼの構造に見られるグアニン配向を模倣したGTPグアニン部位の構造を分子動力学的にマッピングした。フラビウイルスMTaseにおいて、N-7メチル化しやすいグアニン配向が提案され、モデル化されたのは初めてのことである。Ramaswamy H. Sarma氏より報告。

The methyltransferase (MTase) domain of non-structural protein 5 (NS5) plays a fundamental role in flaviviruses replication, and its inhibition is a strategy for antiviral development. MTase methylates viral RNA cap at guanine N-7 and the ribose 2'OH of the first adenosine. Many structures of Zika virus (ZIKV) and other flaviviruses MTases bound to cofactors, substrates and inhibitor candidates have been solved. Still, the dynamical modulation of MTase binding and catalytic activity yet needs to be clarified. Here, we investigated the structural dynamics of ZIKV NS5 MTase domain free and bound to Guanosine-5'-triphosphate (GTP) and -Adenosyl-Lmethionine (SAM), to identify the molecular dynamics changes related to ligand binding and methyl transfer reaction. We have observed that the binding of the GTP and SAM individually and GTP-SAM in the ternary complex has induced allostery in the RNA binding site, showing the complexity of ZIKV MTase conformational equilibrium and its impact on viral RNA recognition. We also mapped in molecular dynamics trajectories, conformations of GTP guanine moiety that mimics guanine orientations visualized in human-specific N-methyltransferase structures solved by X-ray crystallography. It is the first time that N-7 methylation-prone guanine orientation has been proposed and modeled in flavivirus MTase. Communicated by Ramaswamy H. Sarma.