Viral Membrane Proteins: Structure, Function, and Drug Design (Protein Reviews)

294 Pages·2005·4.928 MB·English

by  Wolfgang B. Fischer (Editor)

Viral Membrane Proteins:
Structure, Function, and Drug Design
PROTEIN REVIEWS
Editorial Board:
EDITOR-IN-CHIEF:M. ZOUHAIR ATASSI,Baylor College of Medicine,Houston,Texas
EDITORIAL BOARD:LAWRENCE J. BERLINER,University of Denver,Denver,Colorado
ROWEN JUI-YOA CHANG,University of Texas,Houston,Texas
HANS JÖRNVALL,Karolinska Institutet,Stockholm,Sweden
GEORGE L. KENYON,University of Michigan,Ann Arbor,Michigan
BRIGITTE WITTMAN-LIEBOLD,Wittman Institute of Technology and Analysis,
Tetlow,Germany
Recent Volumes in this Series
VIRAL MEMBRANE PROTEINS:STRUCTURE,FUNCTION,AND DRUG DESIGN
Edited by Wolfgang B. Fischer
A Continuation Order Plan is available for this series. A continuation order will bring delivery of each new volume
immediately upon publication. Volumes are billed only upon actual shipment. For further information, please
contact the publisher.
Viral Membrane Proteins:
Structure, Function, and
Drug Design
Edited by
WOLFGANG B. FISCHER
Department of Biochemistry,University of Oxford,United Kingdom
Kluwer Academic/Plenum Publishers
New York, Boston, Dordrecht, London, Moscow
Library of Congress Cataloging-in-Publication Data
Viral membrane proteins:structure,function,and drug design / edited by
Wolfgang Fischer.
p. cm. – (Protein reviews)
Includes bibliographical references and index.
ISBN 0-306-48495-1
1. Viral proteins. I. Fischer,Wolfgang (Wolfgang B.) II. Series.
QR460.V55 2005
616.9(cid:1)101–dc22
2004042175
ISBN 0-306-48495-1 Hardback
©2005 by Kluwer Academic/Plenum Publishers,New York
233 Spring Street,New York,N.Y. 10013
http://www.kluweronline.com
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
A C.I.P. record for this book is available from the Library of Congress.
All rights reserved
No part of this work may be reproduced,stored in a retrieval system,or transmitted in any form or by any
means,electronic,mechanical,photocopying,microfilming,recording,or otherwise,without written
permission from the Publisher,with the exception of any material supplied specifically for the purpose of
being entered and executed on a computer system,for exclusive use by the purchaser of the work.
Permissions for books published in Europe:[email protected]
Permissions for books published in the United States of America:[email protected]
Printed in the United States of America
Contents
List of Contributors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii
Part I. Membrane Proteins from Plant Viruses
1. Membrane Proteins in Plant Viruses
Michael J. Adams and John F. Antoniw
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Survey of Transmembrane Proteins in Plant Viruses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1. The Database . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2. Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3. Cell-to-Cell Movement Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.1. The “30K”Superfamily . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3.2. Triple Gene Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.3. Carmovirus-Like . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.4. Other Movement Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.5. General Comments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4. Replication Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
5. Proteins Involved in Transmission by Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5.1. Insect Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5.1.1. Persistent Transmission by Aphids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5.1.2. Transmission by Hoppers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5.1.3. Transmission by Thrips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5.1.4. Persistent Transmission by Whiteflies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
5.2. Fungus Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
6. Other Membrane Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
7. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2. Structure and Function of a Viral Encoded K(cid:1)Channel
Anna Moroni, James Van Etten, and Gerhard Thiel
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2. K(cid:2)Channels are Highly Conserved Proteins with Important Physiological Functions . . . . 22
3. Structural Aspects of Viral K(cid:2)Channel Proteins as Compared to those
from Other Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4. The Short N-Terminus is Important for Kcv Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
v
vi Contents
5. Functional Properties of Kcv Conductance in Heterologous
Expression Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
6. Kcv is a K(cid:2)Selective Channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
7. Kcv has Some Voltage Dependency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
8. Kcv has Distinct Sensitivity to K(cid:2)Channel Blockers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
9. Ion Channel Function in Viral Replication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
10. Kcv is Important for Viral Replication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
11. Evolutionary Aspects of the kcvGene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Part II. Fusion Proteins
3. HIV gp41: A Viral Membrane Fusion Machine
Sergio G. Peisajovich and Yechiel Shai
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2. HIV Envelope Native Conformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3. Receptor-Induced Conformational Changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.1. CD4 Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2. Co-Receptor Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4. The Actual Membrane Fusion Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1. The Role of the N-Terminal Fusion Domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2. The Role of the C-Terminal Fusion Domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5. HIV Entry Inhibitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.1. CD4-Binding Inhibitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.2. Co-Receptor-Binding Inhibitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.3. Improving the Activity of Inhibitors that Block Conformational Changes . . . . . . . . . . . 42
6. Final Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Acknowledgment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4. Diversity of Coronavirus Spikes: Relationship to Pathogen
Entry and Dissemination
Edward B. Thorp and Thomas M. Gallagher
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2. S Functions During Coronavirus Entry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3. S Functions During Dissemination of Coronavirus Infections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4. S Polymorphisms Affect Coronavirus Pathogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5. Applications to the SARS Coronavirus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6. Relevance to Antiviral Drug Developments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5. Aspects of the Fusogenic Activity of Influenza Hemagglutinin
Peptides by Molecular Dynamics Simulations
L. Vaccaro, K.J. Cross, S.A. Wharton, J.J. Skehel, and F. Fraternali
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2. Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Contents vii
3. Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.1. Comparison with Experimental Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.2. Membrane Anchoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4. Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Part III. Viral Ion Channels/viroporins
6. Viral Proteins that Enhance Membrane Permeability
María Eugenia González and Luis Carrasco
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2. Measuring Alterations in Membrane Permeability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.1. The Hygromycin B Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.2. Entry of Macromolecules into Virus-Infected Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.3. Other Assays to Test the Entry or Exit of Molecules from Virus-Infected Cells . . . . . . 82
2.3.1. Entry or Exit of Radioactive Molecules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.3.2. Entry of ONPG and Dyes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.3.3. Entry of Propidium Iodide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.3.4. Release of Cellular Enzymes to the Culture Medium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3. Viral Proteins that Modify Permeability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.1. Viroporins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.2. Viral Glycoproteins that Modify Membrane Permeability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.2.1. Rotavirus Glycoprotein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.2.2. The HIV-1 gp41 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.2.3. Other Viral Glycoproteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4. Membrane Permeabilization and Drug Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.1. Antibiotics and Toxins that Selectively Enter Virus-Infected Cells . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.2. Viroporin Inhibitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.3. Antiviral Agents that Interfere with Viral Glycoproteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
7. FTIR Studies of Viral Ion Channels
Itamar Kass and Isaiah T. Arkin
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
1.1. Principles of Infrared Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
1.1.1. Amide Group Vibrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
1.1.2. Secondary Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
2. SSID FTIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
2.1. Dichroic Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
2.2. Sample Disorder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
2.3. Orientational Parameters Derivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.4. Data Utilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3. Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.1. M2 H(cid:2)Channel from Influenza A Virus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.2. vpuChannel from HIV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.3. CM2 from Influenza C Virus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
viii Contents
4. Future Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Acknowledgment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
8. The M2 Proteins of Influenza A and B Viruses are
Single-Pass Proton Channels
Yajun Tang, Padmavati Venkataraman, Jared Knopman,
Robert A. Lamb, and Lawrence H. Pinto
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
2. Intrinsic Activity of the A/M2 Protein of Influenza Virus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3. Mechanisms for Ion Selectivity and Activation of the A/M2 Ion Channel . . . . . . . . . . . . . . 105
4. The BM2 Ion Channel of Influenza B Virus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
9. Influenza A Virus M2 Protein: Proton Selectivity of the Ion Channel,
Cytotoxicity, and a Hypothesis on Peripheral Raft Association
and Virus Budding
Cornelia Schroeder and Tse-I Lin
1. Determination of Ion Selectivity and Unitary Conductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
1.1. Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
1.2. Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
1.2.1. Expression,Isolation,and Quantification of the M2 Protein . . . . . . . . . . . . . . . 114
1.2.2. Reconstitution of M2 into Liposomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
1.2.3. Proton Translocation Assay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
1.3. Proton Selectivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
1.4. Average Single-Channel Parameters and Virion Acidification During Uncoating . . . . . 117
2. Cytotoxicity of Heterologous M2 Expression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
3. The M2 Protein Associates with Cholesterol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4. M2 as a Peripheral Raft Protein and a Model of its Role in Virus Budding . . . . . . . . . . . . . 122
4.1. Interfacial Hydrophobicity and Potential Cholesterol and Raft Binding Motifs
of the M2 Post-TM Region . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.2. M2 as a Peripheral Raft Protein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.3. M2 as a Factor in the Morphogenesis and Pinching-Off of Virus Particles . . . . . . . . . . 124
Acknowledgment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
10. Computer Simulations of Proton Transport Through the
M2 Channel of the Influenza A Virus
Yujie Wu and Gregory A. Voth
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
2. Overview of Experimental Results for the M2 Channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
2.1. The Roles of the M2 Channel in the Viral Life Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
2.2. The Architecture of the M2 Channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
2.3. Ion Conductance Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
3. Molecular Dynamics Simulations of Proton Transport in the M2 Channel . . . . . . . . . . . . . . 134
3.1. Explicit Proton Transport Simulation and Properties of the Excess Proton
in the M2 Channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
3.2. Implications for the Proton Conductance Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Contents ix
4. Possible Closed and Open Conformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.1. A Possible Conformation for the Closed M2 Channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.2. A Possible Conformation for the Open M2 Channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4.3. Further MD Simulations with the Closed Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5. A Revised Gating Mechanism and Future Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
11. Structure and Function of Vpu from HIV-1
S.J. Opella, S.H. Park, S. Lee, D. Jones, A. Nevzorov, M. Mesleh,
A. Mrse, F.M. Marassi, M. Oblatt-Montal, M. Montal, K. Strebel, and S. Bour
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
2. Structure Determination of Vpu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
3. Correlation of Structure and Function of Vpu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
3.1. Vpu-Mediated Enhancement of Viral Particle Release . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
3.2. Vpu-Mediated Degradation of the CD4 Receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4. Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
12. Structure, Phosphorylation, and Biological Function of
the HIV-1 Specific Virus Protein U (Vpu)
Victor Wray and Ulrich Schubert
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
2. Structure and Biochemistry of Vpu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
3. Biochemical Analysis of Vpu Phosphorylation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
13. Solid-State NMR Investigations of Vpu Structural Domains in
OrientedPhospholipid Bilayers: Interactions and Alignment
Burkhard Bechinger and Peter Henklein
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
2. Peptide Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
3. Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
14. Defining Drug Interactions with the Viral Membrane Protein
Vpu from HIV-1
V. Lemaitre, C.G. Kim, D. Fischer, Y.H. Lam, A. Watts, and W.B. Fischer
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
1.1. Short Viral Membrane Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
1.2. The Vpu Protein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
2. The Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
2.1. Docking Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
2.2. Molecular Dynamics (MD) Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
3. Analysis of Drug–Protein Interactions of Vpu with a Potential Blocker . . . . . . . . . . . . . . . 190
3.1. Using the Docking Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
3.2. Applying MD Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192