뉴라미니데이스

3. 기능

뉴라미니데이스는 시알리데이스(sialidases)라고도 불리며, 새로 형성된 바이러스 입자 및 숙주 세포 수용체로부터 말단 시알산 잔기를 가수분해하는 것을 촉매한다.^[5] 시알리데이스 활성은 바이러스 입자가 호흡기 점액을 통과하는 이동을 돕고 감염된 세포에서 바이러스 입자 자손을 용출시키는 것을 포함한다.^[6][7]

4. 아형

스위스-프로트(Swiss-Prot)는 2006년 10월 18일 기준으로 다양한 종에서 유래한 137가지 유형의 뉴라미니데이스를 보고했다.^[8] 인플루엔자 뉴라미니데이스는 9개의 아형(N1~N9)이 알려져 있으며, 이 중 N1과 N2 아형이 인간에게 유행하는 인플루엔자와 관련이 깊다.

CAZy는 총 85개의 글리코실 가수분해 효소 패밀리를 정의하며, 이 중 GH34(바이러스), GH33(세포 생물), GH58(바이러스 및 박테리아), GH83(바이러스)이 이 효소를 포함하는 주요 패밀리이다. GH58은 유일한 엔도 작용 패밀리이다.^[9]

5. 종류

스위스-프로트(Swiss-Prot)는 2006년 10월 18일 기준으로 다양한 종에서 유래한 137가지 유형의 뉴라미니다제를 나열한다.^[8] 인플루엔자 뉴라미니다제는 9개의 아형이 알려져 있으며, 많은 아형이 오직 다양한 종의 오리와 닭에서만 발생한다. N1과 N2 아형은 사람의 유행과 관련이 있다.

CAZy는 총 85개의 글리코실 가수분해 효소 패밀리를 정의하며, 이 중 GH34(바이러스), GH33(세포 생물), GH58(바이러스 및 박테리아), GH83(바이러스)이 이 효소를 포함하는 주요 패밀리이다.

뉴라미니다제 효소의 주요 종류는 다음과 같다.

• 바이러스 뉴라미니다제
• 세균 뉴라미니다제
• 포유류 뉴라미니다제

5. 1. 포유류 뉴라미니다제

6. 구조

인플루엔자 뉴라미니데이스는 인플루엔자 바이러스 표면에 있는 버섯 모양의 돌출부이다. 4개의 동일 평면의 대략 구형 서브 유닛으로 구성된 머리와 바이러스 막 내부에 내장된 소수성 영역이 있다. 단일 폴리펩타이드 사슬로 구성되어 있으며, 혈구 응집소 항원과 반대 방향으로 정렬되어 있다. 폴리펩타이드의 구성은 6개의 보존된 극성 아미노산의 단일 사슬로, 친수성 가변 아미노산이 뒤따른다. 이차 구조에서는 β시트가 지배적이다.

트랜스-시알리다제의 구조는 촉매 β-프로펠러 도메인, N-말단 렉틴 유사 도메인, 촉매 도메인에 삽입된 불규칙한 베타 가닥 도메인을 포함한다.^[24]

7. 작용 기전

인플루엔자 바이러스 시알리데이즈(뉴라미니데이스)의 효소 메커니즘은 Taylor et al.에 의해 연구되었으며, 아래 그림과 같다. 효소 촉매 작용 과정은 4단계로 이루어진다. 첫 번째 단계는 시알로사이드가 시알리데이즈에 결합할 때 α-시알로사이드가 ²C₅ 의자 형태(용액에서 가장 낮은 에너지 형태)에서 유사 보트 형태로 변형되는 것을 포함한다. 두 번째 단계는 옥소카보양이온 중간체인 시알로실 양이온으로 이어진다. 세 번째 단계는 Neu5Ac가 처음에는 α-이성질체로 형성된 다음, 뮤타로테이션을 거쳐 열역학적으로 더 안정적인 β-Neu5Ac로 방출되는 것이다.^[12]

8. 억제제

뉴라미니데이스 억제제는 인플루엔자 바이러스의 증식을 억제하는 약물이다. 바이러스 표면에 존재하는 뉴라미니데이스의 작용을 방해하여 바이러스가 숙주 세포에서 떨어져 나오는 것을 막는다.^[13] 오셀타미비르(경구 투여), 자나미비르(흡입 투여), 페라미비르(비경구 투여) 등이 대표적인 뉴라미니데이스 억제제이다.

인플루엔자 바이러스 표면에는 헤마글루티닌과 뉴라미니다제 두 가지 주요 단백질이 존재하는데, 뉴라미니다제가 더 효과적인 항바이러스제 표적이 된다.^[14] 뉴라미니다제는 활성 부위가 비교적 깊어 저분자량 억제제가 여러 번 상호 작용할 수 있고, 시알로사이드 가수분해 과정에서 전이 상태 유사체를 설계하기 용이하기 때문이다. 여러 인플루엔자 바이러스 뉴라미니다제의 X선 결정 구조가 밝혀지면서, 구조 기반 억제제 설계가 가능해졌다.^[27]

8. 1. 억제제 개발 연구

참조

_[1] 웹사이트 WEHI History: 1957 Discovery of Neuraminidase - Key Flu Molecule https://www.wehi.edu[...] 2023-11-08
_[2] 논문 The sialidase gene from ''Clostridium septicum'': cloning, sequencing, expression in Escherichia coli and identification of conserved sequences in sialidases and other proteins 1991-04
_[3] 서적 Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry Volume 40
_[4] 논문 Some questions and suggestions on the type references of the official nomenclature (IUB) for sialidase(s) and endosialidase 1991-08
_[5] 논문 The war against influenza: discovery and development of sialidase inhibitors 2007-12
_[6] 논문 Characterization of temperature sensitive influenza virus mutants defective in neuraminidase 1974-10
_[7] 논문 Influenza type A virus neuraminidase does not play a role in viral entry, replication, assembly, or budding 1995-02
_[8] 간행물 Search in UniProt Knowledgebase (Swiss-Prot and TrEMBL) for: neuraminidase http://www.expasy.or[...]
_[9] 웹사이트 CAZy search: activity: neuraminidase http://www.cazy.org/[...] 2019-04-28
_[10] 논문 The crystal structure of an intramolecular trans-sialidase with a NeuAc alpha2-->3Gal specificity 1998-04
_[11] 논문 A generic system for the expression and purification of soluble and stable influenza neuraminidase 2011-02
_[12] 논문 Molecular modeling studies on ligand binding to sialidase from influenza virus and the mechanism of catalysis 1994-03
_[13] 서적 Introduction to glycobiology https://archive.org/[...] Oxford University Press
_[14] 논문 Anti-Influenza Virus Drug Design: Sialidase Inhibitors
_[15] 서적 The organic chemistry of sugars Taylor & Francis
_[16] 논문 The synthesis of 2,3-didehydro-2,4-dideoxy-4-guanidinyl-''N''-acetylneuraminic acid: a potent influenza virus sialidase inhibitor 1994-06
_[17] 논문 Design, synthesis, and biological evaluation of human sialidase inhibitors. Part 1: selective inhibitors of lysosomal sialidase (NEU1) 2008-01
_[18] 논문 The war against influenza: discovery and development of sialidase inhibitors 2007-12
_[19] 논문 Characterization of temperature sensitive influenza virus mutants defective in neuraminidase 1974-10
_[20] 논문 Influenza type A virus neuraminidase does not play a role in viral entry, replication, assembly, or budding http://jvi.asm.org/c[...] 1995-02
_[21] 논문 Chemistry, metabolism, and biological functions of sialic acids
_[22] 논문 Some questions and suggestions on the type references of the official nomenclature (IUB) for sialidase(s) and endosialidase 1991-08
_[23] 간행물 Search in UniProt Knowledgebase (Swiss-Prot and TrEMBL) for: neuraminidase http://www.expasy.or[...]
_[24] 논문 A Generic System for the Expression and Purification of Soluble and Stable Influenza Neuraminidase
_[25] 논문 Molecular modeling studies on ligand binding to sialidase from influenza virus and the mechanism of catalysis 1994-03
_[26] 서적 Introduction to glycobiology Oxford University Press
_[27] 논문 Anti-Influenza Virus Drug Design: Sialidase Inhibitors
_[28] 서적 The organic chemistry of sugars Taylor & Francis
_[29] 논문 The synthesis of 2,3-didehydro-2,4-dideoxy-4-guanidinyl-N-acetylneuraminic acid: a potent influenza virus sialidase inhibitor 1994-06
_[30] 논문 Design, synthesis, and biological evaluation of human sialidase inhibitors. Part 1: selective inhibitors of lysosomal sialidase (NEU1) 2008-01