Constant pH molecular dynamics of porcine circovirus 2 capsid protein reveals a mechanism for capsid assembly

文献情報

出版日 2021-10-15
DOI 10.1039/D1CP02874J
インパクトファクター 3.676
著者

Shanshan Feng, Dmitry Nerukh, Reza Khayat


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要旨

Spatiotemporal regulation of viral capsid assembly ensures the selection of the viral genome for encapsidation. The porcine circovirus 2 is the smallest autonomously replicating pathogenic virus, yet how PCV2 capsid assembly is regulated to occur within the nucleus remains unknown. We report that pure PCV2 capsid proteins, in the absence of nucleic acids, require acidic conditions to assemble into empty capsids in vitro. By employing constant pH replica exchange molecular dynamics, we unveil the atomistic mechanism of pH-dependency for capsid assembly. The results show that an appropriate protonation configuration for a cluster of acidic amino acids is necessary to appropriately position the GH-loop for driving the capsid assembly. We demonstrate that assembly is prohibited at neutral pH because deprotonation of these residues results in their electrostatic repulsion, shifting the GH-loop to a position incompatible with capsid assembly. We propose that encapsulation of nucleic acids overcomes this repulsion to suitably position the GH-loop. Our findings provide the first atomic resolution mechanism of capsid assembly regulation. These findings are useful for the development of therapeutics that inhibit PCV2 self-assembly.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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