Crystallization and structure determination of coronavirus main proteinases

Anand, Kanchan

Die Aufgabe der vorliegenden Arbeit war die Kristallisation und Strukturaufklärung der zentralen Coronavirusproteinase. Sie beinhaltet die dreidimensionalen Strukturen der zentralen Proteinasen aus dem transmissiblen Gastroenteritisvirus (TGEV-Mpro) und dem menschlichen Coronavirus (HCoV-Mpro) sowie TGEV-Mpro im Komplex mit dem Inhibitor TLCK und TGEV-Mpro im Komplex mit einem als Inhibitor wirkenden Peptidylchloromethylketon-Substratanalogon. Sowohl TGEV als auch HCo-Mpro bilden Dimere innerhalb der asymmetrischen Einheit aus: TGEV-Mpro weist drei Dimere auf wobei HCo-Mpro nur durch ein Dimer je asymmetrische Einheit gekennzeichnet ist. Alle Dimere zeigen annähernd zweizählige Symmetrie. Jedes Monomer besteht aus drei Domänen: Die ersten zwei Domänen lassen jeweils eine ß-Faßfaltung beobachten, ähnliche wie sie bei den Chymotrypsin-ähnlichen Proteinasen zu finden sind. Die dritte Domäne dagegen ist neuartig und besteht aus einer Anordnung von fünf antiparallelen a-Helices. Das aktive Zentrum beider Proteinasen ist identisch und die Aminosäurereste Cys144 sowie His41 bilden eine katalytische Dyade. Die Struktur von TGEV-Mpro im Komplex mit dem Peptidylchloromethylketon-Inhibitor (Val-Asn-Ser-Thr-Leu-Gln) zeigt die komplementäre Gestalt der Bindungsoberfläche. Beide Proteinasestrukturen weisen ein neuarties Tyr-X-His-Motiv innerhalb der Substratbindungsstelle auf. Die HCo-Mpro-Struktur zeigt, daß die Coronavirusproteinase wahrscheinlich nicht an die viruseigene RNA binden kann. Die 3-Domänenstruktur verdeutlicht die Abspaltung des N-Terminus von Mpro durch intermolekulare Autoprozessierung bei gleichzeitiger Verhinderung der Produktinhibition von Mpro durch das Anbieten einer günstigen Interaktionsfläche für das N-terminal abgespaltene Fragment. Die dreidimensionalen Strukturen ergeben eine Basis zur Entwicklung von Verbindungen, die sich für neue therapeutische Strategieansätze zur Behandlung von Coronavirus-assoziierten Krankheiten bei Mensch und Tier eignen.

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Anand, Kanchan: Crystallization and structure determination of coronavirus main proteinases. 2003.

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