Новое исследование раскрывает структуру белковой оболочки ВИЧ
Новое исследование ученых из Института Скриппса и других учреждений дает детальный взгляд на конусообразную оболочку, которая является отличительной чертой вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), показывая, как она удерживается вместе, и возможные способы ее разрушения.
Ранее было известно, что генетический материал ВИЧ заключен в оболочку, называемую капсидом, которая образована сотоподобным расположением около 250 шестиугольных белковых строительных блоков. Для заражения клеток капсид доставляется в цитоплазму.
В выпуске журнала Cell от 11 июня 2009 года профессор Марк Иегер и его коллеги описывают первую высокоразрешенную молекулярную структуру шестиугольного белкового строительного блока, называемого CA, из которого состоит капсид ВИЧ. Это детальное описание может помочь в поиске новых способов блокировки инфекции.
Разрушение капсида
Существующие препараты, такие как ингибиторы протеазы, блокируют расщепление белков, которое генерирует вирусные компоненты, включая белок CA. Другие возможные стратегии — предотвратить формирование капсида, заблокировав сборку молекул CA, или найти способ разобрать уже собранный капсид.
«Все, что дестабилизирует капсид, либо путем ингибирования сборки, либо ускорения разборки, должно ослабить или даже убить вирус», — говорит Оуэн Порниллос, первый автор статьи в Cell.
Но для этого необходимо точно знать, как капсид удерживается вместе.
Получение кристаллов
«Никто не мог визуализировать гексамер CA с атомным разрешением», — говорит Иегер. Чтобы построить капсид, наборы из шести молекул белка CA сначала образуют гексамеры, которые затем объединяются, образуя сотоподобную оболочку из ~250 гексамеров. Концы оболочки закрываются вставками семи и пяти пентамеров CA, что придает капсиду характерную коническую форму.
В 2007 году группа Иегера впервые увидела гексамеры CA с помощью электронной микроскопии. Для получения еще более высокого разрешения группа обратилась к рентгеновской кристаллографии. Однако выращивание крупных 3D-кристаллов гексамера CA было сложной задачей из-за «гибкого» мостика, соединяющего два конца каждой молекулы CA.
Чтобы решить проблему, Порниллос и Иегер использовали методы молекулярной биологии. Они сконструировали белки CA, которые образовывали прочные химические связи между собой, опираясь на структуру 2007 года как на карту для определения точного места связей.
«Наша работа использует так называемые гибридные методы — молекулярную биологию, биохимию, электронную микроскопию и рентгеновскую кристаллографию», — говорит Иегер.
Полученная структура показала гексамер CA с беспрецедентным разрешением в 2 Å (один ангстрем равен одной десятимиллиардной метра).
Детальный взгляд
Структура с разрешением 2 Å показала расположение α-спиралей и, впервые, расположение атомов в боковых цепях аминокислот. «Мы могли точно определить все химические взаимодействия, стабилизирующие гексамер», — говорит Иегер.
Центр гексамера CA образован 6 N-концевыми доменами субъединиц белка CA. C-концевые домены образуют «гибкий» пояс вокруг этого центрального ядра, соединяя соседние гексамеры. Гибкость этого пояса помогает объяснить, как формируется изогнутая форма капсида.
Группа также обнаружила другой набор взаимодействий, критически важных для стабилизации капсида, — связи между N-концевыми и C-концевыми доменами соседних молекул CA в одном гексамере.
Точное знание того, как и где взаимодействуют белки CA, дает исследователям подсказки, как нарушить эти связи. Один из подходов — разработать малые молекулы, которые могут встраиваться в стратегические позиции, препятствуя сборке капсида или делая его менее стабильным.
Иегер отмечает, что помимо поиска терапий против ВИЧ, эта работа дает фундаментальное понимание биологии: «Определение сборки относительно простой структуры, такой как капсид вируса, может помочь нам понять, как организованы более сложные биологические структуры внутри клетки».
Источник: The Scripps Research Institute