zum Directory-modus

4.1 - 4.5 - Grippe (gesamt)

Struktur der Influenza-Neuraminidase

Bis heute sind neun Subtypen der Influenza A-Neuraminidase bekannt, die mit N1 bis N9 bezeichnet werden, und ein Subtyp der Influenza B-Neuraminidase. Die verschiedenen Neuraminidase-Varianten innerhalb eines Subtyps, die durch antigenic drifts entstanden sind, weisen in der Regel eine über 90 %ige Übereinstimmung in der Aminosäure-Sequenz auf. Dagegen erreichen die Neuraminidasen unterschiedlicher Subtypen, die durch antigenic shifts entstanden sind, meist nur nur weniger als 50 % Sequenzhomologie. Trotz dieses zum Teil relativ geringen Grades an Sequenzidentität ist die Tertiärstruktur der Influenza-Neuraminidasen über die verschiedenen Subtypen hinweg erstaunlich weitgehend konserviert. Die ca. 70 bei allen bisher in ihrer Sequenz bekannten Neuraminidase-Subtypen invarianten Aminosäuren sind offenbar für die Ausbildung der Tertiärstruktur entscheidend. Dabei sind besonders viele Aminosäuren, die an der Bildung des aktiven Zentrums beteiligt sind, invariant.

Dieser Aspekt ist wohl für die Aufrechterhaltung der enzymatischen Aktivität von erheblicher Bedeutung. Man muss deswegen aber nicht unbedingt zu dem Schluss kommen, dass die Mutationen in den Neuraminidase-Genen der Influenza-Viren einer gezielten Steuerung unterliegen. Vielmehr ist eine auf die zufällige Mutation folgende Selektion anzunehmen, bei der Neuraminidasen mit zu großen Veränderungen im Bereich des aktiven Zentrums ihre Aktivität verlieren oder zumindest zum großen Teil einbüßen, und somit eine Vermehrung und Verbreitung dieses Virus-Typs nicht mehr stattfinden kann.

Abb.1
Bändermodell des Neuraminidase-Tetramers

Bändermodell der tetrameren Neuraminidase. Aufsicht von der extrazellulären Seite entlang der C4-Achse, deren Lage durch ein Calcium-Ion (grüne Kugel) gekennzeichnet ist, das auf der Achse liegt.

Die folgende Strukturbeschreibung beruht auf den Ergebnissen von J. N. Varghese und P. M. Colman, die den N2-Subtyp des Influenza-Virus A/Tokyo/3/67 durch Röntgenstrukturanalyse untersucht haben.

Die Neuraminidase des Influenza-Virus ist ein tetrameres Glycoprotein (hier als 3D-Molekülmodell), das aus vier identischen Untereinheiten (Monomeren) aufgebaut ist. Es hat ein Molekulargewicht von 240.000 Da. Jedes der Monomere besteht aus 469 Aminosäuren und besitzt einen globulären Kopf und einen gestreckten Schwanz. Der vom N-terminalen Ende gebildete Schwanz hat eher hydrophoben Charakter und ist ca. 70-80 Aminosäuren lang. Der globuläre Kopf hat eher polaren Charakter und wird von den restlichen Aminosäuren gebildet.

Das Tetramer ähnelt in seiner Gestalt einem Champignon, dessen Fuß von den vier hydrophoben Schwänzen und dessen Kopf von den vier globulären Monomerköpfen geformt wird. Das Tetramer ist C4-symmetrisch, wobei die Symmetrieachse der Länge nach mitten durch den Fuß und dann weiter durch den Kopf des Champignons verläuft. Das Neuraminidase-Tetramer ist mit dem hydrophoben Fuß in der Virus-Membran verankert. Der globuläre Kopf, der die ganze enzymatische und antigenetische Aktivität beinhaltet, befindet sich außerhalb der Virus-Membran. Kristalle und damit Röntgenstrukturanalysen konnten bisher nur von den globulären Köpfen der Neuraminidase gewonnen werden. Man erhält die kristallisierbaren Köpfe durch Abspaltung der Schwänze mit dem Enzym Pronase, das die Peptidkette hinter der Aminosäure 73 oder 76 spaltet.

In den beiden folgenden 3D-Führungen wird die Struktur des globulären Neuraminidase-Monomerkopfes detailliert beschrieben:

  • Dieser erste interaktive 3D-Exkurs zur Neuraminidase-Struktur umfasst eine ausführliche Beschreibung der Sekundär- und Tertiärstruktur des Neuraminidase-Monomers inklusive der strukturstabilisierenden Wasserstoff-Brücken und Disulfid-Brücken. Außerdem wird auf die Lage von Calcium-Ionen und deren Bedeutung für die Stützung der 3D-Struktur und die enzymatische Aktivität der Neuraminidase eingegangen.
  • Dieser zweite interaktive 3D-Exkurs zur Neuraminidase-Struktur beschäftigt sich ausführlich mit der Struktur und der Lage der Aminosäure-Erkennungssequenzen für die cotranslationale Glycosylierung der Neuraminidase. Zusätzlich wird die Struktur der Oligosaccharide beschrieben.

Übung: Influenza - NA-Struktur

Literatur

Tulip, W. R.; Varghese, J. N.; Baker, A. T.; van Donkelaar, A.; Laver, W. G.; Webster, R. G.; Colman, P. M. (1991): Refined Atomic Structures of N9 Subtype Influenza Virus Neuraminidase and Escape Mutants. In: J. Mol. Biol.. 221 , 487-497
Varghese, J. N.; Colman, P. M. (1991): Three-dimensional Structure of the Neuraminidase of Influenza Virus A/Tokyo/3/67 at 2.2 Å Resolution. In: J. Mol. Biol.. 221 , 473-486
Burmeister, W. P.; Ruigrok, R. W.; Cusack, S. (1992): The 2.2 Å resolution crystal structure of influenza B neuraminidase and its complex with sialic acid. In: EMBO. 11 , 49-56
Seite 26 von 33