Петък, 31 май 2013 г. - Американските изследователи са определили точната химическа структура на ХИВ капсида, протеинова обвивка, която защитава генетичния материал на вируса и е ключът към неговата вирулентност, откритие, което може да доведе до нови начини за защита срещу често променящ се вирус, според корицата на списанието „Nature“. Капсидът се превърна в привлекателна цел за разработването на нови антиретровирусни лекарства.
Учените отдавна се опитват да разберат как се изгражда ХИВ капсид и за това са използвали различни лабораторни техники, като електронна криомикроскопия, крио-МС томография, ядрено-магнитен резонанс и рентгенова кристалография. отделни части на капсида, за да се разкрият подробности и да се получи пълен смисъл.
Въпреки това, до пристигането на суперкомпютрите на петаскале, никой не можеше да събере целия ХИВ капсид, набор от повече от 1300 идентични протеини, които образуват конусовидна структура, подробно описана на атомно ниво. Симулациите, които добавят липсващите парчета в пъзела, бяха извършени по време на тестовете на „Blue Waters“, нов суперкомпютър от Националния център за приложения за супер компютри в Университета на Илинойс, в Урбана-Шампейн, САЩ.
„Това е голяма структура, една от най-големите структури, разрешавани някога“, казва професорът по физика на Университета на Илинойс Клаус Шултен, който с докторантурен изследовател Хуан Р. Перила провежда молекулярните симулации на данните. интегрирана от лабораторни експерименти, проведени от колеги от Университета в Питсбърг и Университета на Вандербилт, и двете в Съединените щати. "Беше ясно, че ще е необходима много симулация, най-голямата симулация, публикувана някога. Участието на 64 милиона атома", каза той.
Предишни изследвания показват, че ХИВ капсидът съдържа серия от идентични протеини. Учените знаеха, че протеините са подредени в петоъгълници и шестоъгълници, и предположиха, че петоъгълниците образуват най-силно заоблените ъгли на капсидната форма висао с електронен микроскоп, но не знаеха колко от тези протеинови градивни блокове са необходими или как петоъгълниците и Шестоъгълниците се съединяват, за да образуват капсида.
Режисьор на професора по структурна биология Пейджун Джан, екипът на Питсбърг изложи основните компоненти на капсида на условия на висока соленост, което доведе протеините да се съединят в епруветки, изработени от шестоъгълници. Други експерименти разкриха взаимодействията между специфични региони на протеини, които са "основни за капсидното сглобяване и вирусна стабилност и инфекциозност", съобщават изследователите.
Екипът извърши и криоелектронна томография на пълния капсид, нарязан на секции, за да получи приблизителна представа за общата му форма. Перила и Шултен използваха данните от тези експерименти и от собствените си симулации на взаимодействията между хексамери и пентамери, за да извършат серия от мащабни компютърни симулации, които представляват структурните свойства на градивните блокове на капсида.
"Работата по съчетаване на общия капсид, съставен от 64 милиона атома, с различните експериментални данни, може да се извърши само чрез компютърна симулация с помощта на разработена от нас методология, наречена гъвкава настройка на молекулярната динамика", обясни Шултен. Основно е да се симулират физическите характеристики и поведението на големи биологични молекули, в допълнение към включването на данните в симулацията, така че моделът действително да се придвижи към съгласуване с данните. "
Симулациите разкриха, че ХИВ капсидът съдържа 216 шестоъгълни протеина и 12 пентагонови протеина, подредени като посочени експериментални данни. Протеините, които съставляват тези петоъгълници и шестоъгълници, бяха всички идентични, но въпреки това ъглите на съединение между тях варираха от една област на капсида към друга. „Това наистина е мистерията - каза Шултен. - Как един вид протеин може да образува нещо толкова разнообразно, колкото това? Протеинът трябва да бъде присъщо гъвкав."
Пентагоните "индуцират рязкото изкривяване на повърхността", съобщават изследователите, което позволява на капсида да бъде затворена структура, която не би била възможна, ако капсидът е съставен само от шестоъгълници. Притежаването на подробна химическа структура на ХИВ капсида ще позволи на изследователите да проучат по-нататък как работи, с последици за фармакологичните интервенции, за да се наруши тази функция, каза Шултен.
„ХИВ капсидът всъщност има две напълно противоположни къщи, казва изследователят.„ Генетичният материал трябва да бъде защитен, но след като влезе в клетката, той трябва да освободи генетичния материал в много добро време: не твърде бързо. добре е, твърде бавно не е добре. " В тази връзка той обясни, че времето за отваряне на капсида е от съществено значение за степента на вирулентност на вируса, така че в този момент това е може би най-добрият начин да се намеси в ХИВ инфекцията.
Източник:
Тагове:
Разгледайте Wellness Терминологичен речник
Учените отдавна се опитват да разберат как се изгражда ХИВ капсид и за това са използвали различни лабораторни техники, като електронна криомикроскопия, крио-МС томография, ядрено-магнитен резонанс и рентгенова кристалография. отделни части на капсида, за да се разкрият подробности и да се получи пълен смисъл.
Въпреки това, до пристигането на суперкомпютрите на петаскале, никой не можеше да събере целия ХИВ капсид, набор от повече от 1300 идентични протеини, които образуват конусовидна структура, подробно описана на атомно ниво. Симулациите, които добавят липсващите парчета в пъзела, бяха извършени по време на тестовете на „Blue Waters“, нов суперкомпютър от Националния център за приложения за супер компютри в Университета на Илинойс, в Урбана-Шампейн, САЩ.
„Това е голяма структура, една от най-големите структури, разрешавани някога“, казва професорът по физика на Университета на Илинойс Клаус Шултен, който с докторантурен изследовател Хуан Р. Перила провежда молекулярните симулации на данните. интегрирана от лабораторни експерименти, проведени от колеги от Университета в Питсбърг и Университета на Вандербилт, и двете в Съединените щати. "Беше ясно, че ще е необходима много симулация, най-голямата симулация, публикувана някога. Участието на 64 милиона атома", каза той.
Предишни изследвания показват, че ХИВ капсидът съдържа серия от идентични протеини. Учените знаеха, че протеините са подредени в петоъгълници и шестоъгълници, и предположиха, че петоъгълниците образуват най-силно заоблените ъгли на капсидната форма висао с електронен микроскоп, но не знаеха колко от тези протеинови градивни блокове са необходими или как петоъгълниците и Шестоъгълниците се съединяват, за да образуват капсида.
Режисьор на професора по структурна биология Пейджун Джан, екипът на Питсбърг изложи основните компоненти на капсида на условия на висока соленост, което доведе протеините да се съединят в епруветки, изработени от шестоъгълници. Други експерименти разкриха взаимодействията между специфични региони на протеини, които са "основни за капсидното сглобяване и вирусна стабилност и инфекциозност", съобщават изследователите.
Екипът извърши и криоелектронна томография на пълния капсид, нарязан на секции, за да получи приблизителна представа за общата му форма. Перила и Шултен използваха данните от тези експерименти и от собствените си симулации на взаимодействията между хексамери и пентамери, за да извършат серия от мащабни компютърни симулации, които представляват структурните свойства на градивните блокове на капсида.
"Работата по съчетаване на общия капсид, съставен от 64 милиона атома, с различните експериментални данни, може да се извърши само чрез компютърна симулация с помощта на разработена от нас методология, наречена гъвкава настройка на молекулярната динамика", обясни Шултен. Основно е да се симулират физическите характеристики и поведението на големи биологични молекули, в допълнение към включването на данните в симулацията, така че моделът действително да се придвижи към съгласуване с данните. "
Симулациите разкриха, че ХИВ капсидът съдържа 216 шестоъгълни протеина и 12 пентагонови протеина, подредени като посочени експериментални данни. Протеините, които съставляват тези петоъгълници и шестоъгълници, бяха всички идентични, но въпреки това ъглите на съединение между тях варираха от една област на капсида към друга. „Това наистина е мистерията - каза Шултен. - Как един вид протеин може да образува нещо толкова разнообразно, колкото това? Протеинът трябва да бъде присъщо гъвкав."
Пентагоните "индуцират рязкото изкривяване на повърхността", съобщават изследователите, което позволява на капсида да бъде затворена структура, която не би била възможна, ако капсидът е съставен само от шестоъгълници. Притежаването на подробна химическа структура на ХИВ капсида ще позволи на изследователите да проучат по-нататък как работи, с последици за фармакологичните интервенции, за да се наруши тази функция, каза Шултен.
„ХИВ капсидът всъщност има две напълно противоположни къщи, казва изследователят.„ Генетичният материал трябва да бъде защитен, но след като влезе в клетката, той трябва да освободи генетичния материал в много добро време: не твърде бързо. добре е, твърде бавно не е добре. " В тази връзка той обясни, че времето за отваряне на капсида е от съществено значение за степента на вирулентност на вируса, така че в този момент това е може би най-добрият начин да се намеси в ХИВ инфекцията.
Източник:
