Исследован процесс разрыва капсида ВИЧ
ВИЧ – вирус, вызывающий синдром приобретенного иммунодефицита, широко изучается специалистами по всему миру еще с начала 1980-х годов. За это время исследования позволили разработать эффективные антиретровирусные средства, в большинстве случаев не позволяющие вирусу развиться и перейти в СПИД.
Однако, несмотря на этот успех, сегодня около 37 миллионов человек, в том числе около 2 миллионов детей, продолжают жить с ВИЧ. При этом ежегодно от связанных с ним последствий умирает около миллиона жителей планеты.
Многие аспекты процесса формирования и созревания ВИЧ остаются недостаточно хорошо изученными.
Сравнительно недавно группой специалистов из Университета Делавэра в сотрудничестве с учеными из Университета Питтсбурга было опубликовано еще одно исследование, посвященное изучению капсида, белковой оболочки ВИЧ.
Согласно результатам работы «Динамическое регулирование капсидного взаимодействия ВИЧ-1 с фактором ограничения TRIM5-альфа», опубликованным 17 октябре в журнале PNAS, между капсидом вируса и ключевым белком, который препятствует целостности его защитной оболочки, наблюдаются некоторые специфические взаимодействия.
Сделанные выводы – это лишь шаг к лучшему пониманию механизма формирования ВИЧ, но, по словам исследователей, это важный прогресс.
«Понимание структурной биологии ВИЧ, - считает профессор химии и биохимии Университета Делавэр и руководитель исследования Татьяна Поленова, - дает нам ключ к лучшему пониманию [его формирования], и мы надеемся, что это может стать возможным шагом к [разработке новых методов] лечения».
Ученые использовали комбинацию высокотехнологичных методов для изучения капсида и его взаимодействия с белком под названием TRIM5-alpha, который, как известно, нарушает структуру капсида и, следовательно, ограничивает способность вируса становиться инфекционным.
Капсид ВИЧ представляет собой конусообразную оболочку, состоящую из белков различной формы. В каждом капсиде около 12 этих строительных блоков, представляющих собой пентамеры с пятью сторонами, но гораздо больше в оболочке белков-гексамеров (6 граней).
Строительные блоки соединяются между собой, образуя оболочку, которая окружает и защищает вирус до тех пор, пока он не сможет заразить здоровые клетки. Если структура капсида преждевременно разрывается, инфицирования не произойдет.
«Несмотря на обширные исследования, сам механизм сборки и разборки капсида не совсем понятен,» - пишут исследователи в PNAS.
Команда по ряду причин сосредоточилась на изучении белка TRIM5-альфа.
По словам Поленовой, в организме обезьян Старого Света (макак-резусов) содержится белок TRIM5-альфа, и именно он у приматов останавливает ВИЧ-инфекцию.
«Люди имеют тот же белок с некоторыми отличиями в первой аминокислотной последовательности, но у нас он не разрушает капсид и не останавливает инфекцию».
Авторы работы провели наблюдения капсидных взаимодействий с белком TRIM5-альфа с помощью спектрометра ядерного магнитного резонанса (ЯМР), инструмента, который раскрывает детали структуры и движения молекул с точностью до атома.
Д-р Кейтлин М. Куинн, ЯМР-спектроскопист в Отделе химии и биохимии Университета Делавэра, одна из авторов статьи в PNAS, начала эти наблюдения еще в 2014 году.
В то же время она использовала ЯМР для изучения капсида на атомном уровне.
Тот же вопрос рассматривался и д-ром Хуаном Перильей, чья команда использовала суперкомпьютер «Бриджес» в суперкомпьютерном центре Питтсбурга для выполнения так называемых симуляций молекулярной динамики All-atom.
Компьютерное моделирование является единственным методом, который может выявить движение молекулярных систем вплоть до атомного уровня и иногда называется «вычислительным микроскопом».
«Мы хотели понять, как капсид ВИЧ взаимодействует с белком TRIM5-альфа», - пояснила Куинн.
В течение многих лет исследователи не могли экспериментально наблюдать капсидные взаимодействия с TRIM5-альфа, но ЯМР-спектроскопия предоставила специалистам новую возможность.
«Белок TRIM5-альфа связывается с наружной частью капсида и влияет на его жесткость,» - рассказала Куинн об исследовании.
«Мы были очень удивлены, обнаружив, что даже в области капсида, где он прямо не взаимодействовал с белком, TRIM5-альфа продолжал оказывать действие на его структуру».
Исследователи полагают, что белок использует несколько механизмов, чтобы дестабилизировать решетчатую структуру капсида и заставить его «разобраться» преждевременно, в тот момент, когда капсид в отсутствие TRIM5-альфа не распадается.
Сам капсид является динамической сущностью, а движения, происходящие его в составных частях, охватывают временные интервалы от пикосекунд до секунд и более. Эти движения имеют решающее значение для работы капсида.
Но самое главное открытие специалистов состояло в том, что пентамерные и гексамерные единицы в капсиде, по-видимому, имеют разные динамические свойства и, вероятно, играют не одинаковые роли в процессе разборки капсида.
«Никто из нас раньше не мог отследить эти эффекты экспериментально, но они оказались точно такими же, как и было предсказано молекулярным динамическим моделированием», - сказал Перилья.
Выводы являются еще одним доказательством того, насколько сложны и динамичны процессы развития и формирования ВИЧ, - добавила Поленова.
«Люди привыкли думать, что вирусы имеют статические структуры, что [строительные блоки] собрались вместе и закрыли капсид», - продолжает ученый.
«Но это не так. Капсид - очень динамичная сущность. Белок TRIM5-альфа разрывает его, и происходит это через очень сложный механизм, который включает работу всех внутренних структур капсида».