Piektdien, 2013. gada 31. maijā. ASV pētnieki ir noteikuši precīzu HIV kapsīda ķīmisko struktūru - olbaltumvielu apvalku, kas aizsargā vīrusa ģenētisko materiālu un ir tā virulences atslēga - atradums, kas varētu radīt jaunus veidus, kā aizsargāties pret bieži mainīgs vīruss, liecina žurnāla “Daba” vāks. Kapsīds ir kļuvis par pievilcīgu mērķi jaunu pretretrovīrusu zāļu izstrādei.
Zinātnieki jau sen ir mēģinājuši saprast, kā tiek veidots HIV kapsīds, un šim nolūkam viņi izmantoja dažādas laboratorijas metodes, piemēram, elektronisko kriomikroskopiju, krio-MS tomogrāfiju, kodolmagnētiskās rezonanses spektroskopiju un rentgena kristalogrāfiju. atsevišķas kapsīda daļas, lai atklātu detaļas un iegūtu pilnīgu jēgu.
Tomēr līdz brīdim, kad ieradās petascale superdatori, neviens nevarēja savākt visu HIV kapsīdu - vairāk nekā 1300 identisku olbaltumvielu komplektu, kas veido konusa formas struktūru, detalizēti atomu līmenī. Imitācijas, kurās puzlei pievienoti trūkstošie gabali, tika veiktas, pārbaudot jauno superdatoru “Blue Waters” no Ilinoisas Universitātes Nacionālā superdatoru pielietošanas centra Urbana-Champaign, Amerikas Savienotajās Valstīs.
"Šī ir liela struktūra, viena no lielākajām struktūrām, kas jebkad ir atrisināta, " sacīja Ilinoisas Universitātes fizikas profesors Klauss Šultens, kurš kopā ar pēcdoktorantūras pētnieku Huanu R. Perilla veica datu molekulārās simulācijas. integrēts no laboratorijas eksperimentiem, ko veica kolēģi Pitsburgas universitātē un Vanderbiltas universitātē, abi Amerikas Savienotajās Valstīs. "Bija ļoti skaidrs, ka būs nepieciešams daudz simulāciju, kas ir lielākā simulācija, kas jebkad publicēta. 64 miljonu atomu līdzdalība, " viņš teica.
Iepriekšējie pētījumi parādīja, ka HIV kapsīds satur virkni identisku olbaltumvielu. Zinātnieki zināja, ka olbaltumvielas ir sakārtotas piecstūros un sešstūros, un pieņēma, ka piecstūri veido visstiprākos noapaļotos kapsīda stūrus, veidojot Visao ar elektronu mikroskopu, bet nezināja, cik no šiem olbaltumvielu veidojošajiem blokiem bija nepieciešami vai kā piecstūri un Sešstūri apvienojas, veidojot kapsīdu.
Strukturālās bioloģijas profesora Peijuna Džanga vadībā Pitsburgas komanda pakļāva kapsīda pamatkomponentus augsta sāļuma apstākļos, liekot olbaltumvielām pievienoties mēģenēs, kas izgatavotas no sešstūriem. Citi eksperimenti atklāja mijiedarbību starp noteiktiem olbaltumvielu reģioniem, kuriem "ir būtiska nozīme kapsīdu veidošanā un vīrusu stabilitātē un infekciozitātē", ziņo pētnieki.
Komanda arī veica pilnīga kapsīda krioelektronisko tomogrāfiju, sagrieztu daļās, lai iegūtu aptuvenu priekšstatu par tā vispārējo formu. Perilla un Schulten izmantoja datus no šiem eksperimentiem un no viņu pašu heksameru un pentameru mijiedarbības simulācijām, lai veiktu virkni liela mēroga datoru simulāciju, kas atspoguļotu kapsīda celtniecības bloku strukturālās īpašības.
"Vispārējā kapsīda, kas sastāv no 64 miljoniem atomu, saskaņošanu ar dažādiem eksperimentālajiem datiem var veikt tikai ar datorsimulācijas palīdzību, izmantojot mūsu izstrādāto metodoloģiju, ko sauc par molekulārās dinamikas elastīgu pielāgošanu, " skaidroja Šultens. Pamatā ir simulēt lielu bioloģisko molekulu fizikālās īpašības un izturēšanos, papildus datu iekļaušanai simulācijā, lai modelis faktiski virzītos uz atbilstību datiem. "
Simulācijas atklāja, ka HIV kapsīds saturēja 216 sešstūra olbaltumvielas un 12 piecstūru olbaltumvielas, kas sakārtotas, kā norādīts eksperimentālajos datos. Olbaltumvielas, kas veido šos piecstūrus un sešstūrus, visi bija identiski, taču, neskatoties uz to, savienojuma leņķi starp tiem atšķīrās no viena kapsīda reģiona līdz otram. "Tas tiešām ir noslēpums, " sacīja Šultens. "Kā viena veida olbaltumvielas var veidot kaut ko tik daudzveidīgu? Šim olbaltumvielu saturam jābūt elastīgam."
Piecstūri "inducē asu virsmas izliekumu", ziņoja pētnieki, ļaujot kapidīnam būt slēgtai struktūrai, kas nebūtu iespējama, ja kapsīdu veidotu tikai sešstūri. Detalizētas HIV kapsīda ķīmiskās struktūras īpašība ļaus pētniekiem turpināt pētīt tā darbību, ņemot vērā farmakoloģiskās iejaukšanās, lai izjauktu šo funkciju, sacīja Šultens.
"HIV kapsīdam faktiski ir divas pilnīgi pretējas mājas, " sacīja pētnieks. "Ģenētiskais materiāls ir jāaizsargā, taču, nonākot šūnā, tas ģenētisko materiālu ir jāatbrīvo ļoti izdevīgā laikā: ne pārāk ātri tas ir labi, pārāk lēni nav labi. " Šajā sakarā viņš paskaidroja, ka kapsīda atvēršanas laiks ir būtisks vīrusa virulences pakāpei, tāpēc šobrīd tas, iespējams, ir labākais veids, kā traucēt HIV infekciju.
Avots:
Tags:
Zāles Glosārijs Dzimums
Zinātnieki jau sen ir mēģinājuši saprast, kā tiek veidots HIV kapsīds, un šim nolūkam viņi izmantoja dažādas laboratorijas metodes, piemēram, elektronisko kriomikroskopiju, krio-MS tomogrāfiju, kodolmagnētiskās rezonanses spektroskopiju un rentgena kristalogrāfiju. atsevišķas kapsīda daļas, lai atklātu detaļas un iegūtu pilnīgu jēgu.
Tomēr līdz brīdim, kad ieradās petascale superdatori, neviens nevarēja savākt visu HIV kapsīdu - vairāk nekā 1300 identisku olbaltumvielu komplektu, kas veido konusa formas struktūru, detalizēti atomu līmenī. Imitācijas, kurās puzlei pievienoti trūkstošie gabali, tika veiktas, pārbaudot jauno superdatoru “Blue Waters” no Ilinoisas Universitātes Nacionālā superdatoru pielietošanas centra Urbana-Champaign, Amerikas Savienotajās Valstīs.
"Šī ir liela struktūra, viena no lielākajām struktūrām, kas jebkad ir atrisināta, " sacīja Ilinoisas Universitātes fizikas profesors Klauss Šultens, kurš kopā ar pēcdoktorantūras pētnieku Huanu R. Perilla veica datu molekulārās simulācijas. integrēts no laboratorijas eksperimentiem, ko veica kolēģi Pitsburgas universitātē un Vanderbiltas universitātē, abi Amerikas Savienotajās Valstīs. "Bija ļoti skaidrs, ka būs nepieciešams daudz simulāciju, kas ir lielākā simulācija, kas jebkad publicēta. 64 miljonu atomu līdzdalība, " viņš teica.
Iepriekšējie pētījumi parādīja, ka HIV kapsīds satur virkni identisku olbaltumvielu. Zinātnieki zināja, ka olbaltumvielas ir sakārtotas piecstūros un sešstūros, un pieņēma, ka piecstūri veido visstiprākos noapaļotos kapsīda stūrus, veidojot Visao ar elektronu mikroskopu, bet nezināja, cik no šiem olbaltumvielu veidojošajiem blokiem bija nepieciešami vai kā piecstūri un Sešstūri apvienojas, veidojot kapsīdu.
Strukturālās bioloģijas profesora Peijuna Džanga vadībā Pitsburgas komanda pakļāva kapsīda pamatkomponentus augsta sāļuma apstākļos, liekot olbaltumvielām pievienoties mēģenēs, kas izgatavotas no sešstūriem. Citi eksperimenti atklāja mijiedarbību starp noteiktiem olbaltumvielu reģioniem, kuriem "ir būtiska nozīme kapsīdu veidošanā un vīrusu stabilitātē un infekciozitātē", ziņo pētnieki.
Komanda arī veica pilnīga kapsīda krioelektronisko tomogrāfiju, sagrieztu daļās, lai iegūtu aptuvenu priekšstatu par tā vispārējo formu. Perilla un Schulten izmantoja datus no šiem eksperimentiem un no viņu pašu heksameru un pentameru mijiedarbības simulācijām, lai veiktu virkni liela mēroga datoru simulāciju, kas atspoguļotu kapsīda celtniecības bloku strukturālās īpašības.
"Vispārējā kapsīda, kas sastāv no 64 miljoniem atomu, saskaņošanu ar dažādiem eksperimentālajiem datiem var veikt tikai ar datorsimulācijas palīdzību, izmantojot mūsu izstrādāto metodoloģiju, ko sauc par molekulārās dinamikas elastīgu pielāgošanu, " skaidroja Šultens. Pamatā ir simulēt lielu bioloģisko molekulu fizikālās īpašības un izturēšanos, papildus datu iekļaušanai simulācijā, lai modelis faktiski virzītos uz atbilstību datiem. "
Simulācijas atklāja, ka HIV kapsīds saturēja 216 sešstūra olbaltumvielas un 12 piecstūru olbaltumvielas, kas sakārtotas, kā norādīts eksperimentālajos datos. Olbaltumvielas, kas veido šos piecstūrus un sešstūrus, visi bija identiski, taču, neskatoties uz to, savienojuma leņķi starp tiem atšķīrās no viena kapsīda reģiona līdz otram. "Tas tiešām ir noslēpums, " sacīja Šultens. "Kā viena veida olbaltumvielas var veidot kaut ko tik daudzveidīgu? Šim olbaltumvielu saturam jābūt elastīgam."
Piecstūri "inducē asu virsmas izliekumu", ziņoja pētnieki, ļaujot kapidīnam būt slēgtai struktūrai, kas nebūtu iespējama, ja kapsīdu veidotu tikai sešstūri. Detalizētas HIV kapsīda ķīmiskās struktūras īpašība ļaus pētniekiem turpināt pētīt tā darbību, ņemot vērā farmakoloģiskās iejaukšanās, lai izjauktu šo funkciju, sacīja Šultens.
"HIV kapsīdam faktiski ir divas pilnīgi pretējas mājas, " sacīja pētnieks. "Ģenētiskais materiāls ir jāaizsargā, taču, nonākot šūnā, tas ģenētisko materiālu ir jāatbrīvo ļoti izdevīgā laikā: ne pārāk ātri tas ir labi, pārāk lēni nav labi. " Šajā sakarā viņš paskaidroja, ka kapsīda atvēršanas laiks ir būtisks vīrusa virulences pakāpei, tāpēc šobrīd tas, iespējams, ir labākais veids, kā traucēt HIV infekciju.
Avots:
