Просмотрено представление о структурных особенностях ВИЧ

Вирионы незрелого вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) в своей структуре содержат решетку, состоящую из белков Gag и Gag-Pol.В настоящее время для визуализации молекулярных конфигураций вирусной структуры используются способы электронной микроскопии. Однако для получения изображения высокого разрешения даже самая современная электронная технология требует криостабилизации вируса.В недавнем исследовании учеными Университета Юты (University of Utah), США разработан уникальный метод визуализации вирусоподобных частиц в реальном времени при комнатной температуре и возможности получения изображений высокой точности. Используя новую разработку, установлено, что решетка, формирующая основной структурный компонент ВИЧ, динамична.Открытие диффузных особенностей протеиновой решетки на основе белков Gag и Gag-Pol, долго считалось абсолютно статическим, по мнению ученых, открывает новые возможности поиска потенциальных путей терапии. Статья с материалами исследования представлена ​​в издании «Biophysical Journal» 26 июня 2020 г.

Внутриклеточные механизмы созревания вирусных частиц

В течение развития ВИЧ в инфицированной клетке протеаза — фермент, являющийся структурной частью белков Gag-Pol, — должен сформировать связи с другими подобными молекулами в процессе димеризацииЭто инициирует созревание вирусных частиц, способных инфицировать другие клетки. До сих пор остается неизвестным механизм, по которому идет поиск и димеризация протеаз. Но существуют гипотезы о том, что процесс может быть связан с ремоделированием решетки на основе белков Gag и Gag-Pol, размещенных собственно в вирусной оболочке.Gag является основным структурным протеином, и раньше было доказано, что его наличие достаточно для сборки вирусных частиц. Молекулы Gag формируют сетчатую гексагональную структуру, создающую переплетение с минимальными промежутками. Применение нового метода электронной визуализации позволило установить, что такая белковая решетка не является статической.

В качестве дополнения к новому способу микроскопии исследователи использовали математические методы и провели биохимические эксперименты с целью проверки статических свойств сетчатой ​​структуры вируса. Поэтому, кроме визуализации вирусов, это позволило также наблюдать внутриклеточные перемещения молекул.По утверждению авторов разработки, метод в перспективе позволяет изучать любую биомедицинскую структуру.

Метод картирования в диагностике динамических явлений биологических систем

Первичная цель представленного исследования — изучить молекулярные особенности сетчатой ​​структуры Gag-протеина.Учитывая минимальные размеры диаметра ВИЧ (120 нм), ученые применили интерферометрическую фотоактивированную локализационную микроскопию (interferometric photoactivated localization microscopy – iPALM). Протеин Gag был замечен флуоресцентным белком Dendra2 и синтезирован вирусообразными частицами на основе белков Gag-Dendra2.Это позволило продемонстрировать, что соединение Gag-Dendra2 функционирует подобно комплексу на основе протеинов Gag. Кроме того, флуоресцентная настройка позволила методу iPALM получить изображение частиц с разрешением до 10 нм.

Благодаря этому установлено, что каждая иммобилизованная вирусоподобная частица содержит от 1400 до 2400 белков Gag-Dendra2, размещенных в гексагональной решетке.После использования данных iPALM для реконструкции пошаговых изображений оказалось, что решетка Gag-Dendra2 не является постоянной по времени. Для подтверждения этого были проведены две независимые проверки биохимическим и математическим способами. В результате обнаружено, что сборка Gag-белков происходит случайным образом.В целом установлено, что со временем доля димерных комплексов растет, при этом структурные белки мигрируют в пределах сетки, постепенно объединяясь.

Новый инструмент вирусологической диагностики

По утверждению авторов работы, выполненное исследование является первым, в котором доказана динамичность белковой решетки оболочки ВИЧ.При этом новый метод может стать важным для углубленного изучения изменений в сетчатой ​​структуре вирусной оболочки в течение созревания вирусных частиц.Таким образом, наблюдение динамики указанных процессов позволит изучать молекулярные механизмы вирулентности и инфицирования, пошаговых событий, которые приводят к димеризации белковых компонентов сетчатой ​​структуры ВИЧ, а также возможностей терапевтических вмешательств для создания препятствий этим последствиям.

Присоединяйтесь к нам вViber-сообществу, Telegram-канали, Instagram, на странице Facebook , а такжеTwitter, чтобы первыми получать самые свежие и актуальные новости из мира медицины.

• Saha I., Saffarian S. (2020) Dynamics of HIV Gag Lattice Detected by Localization Correlation Analysis and Time-Lapse iPALM. Biophys. J., 119: 1-12. DOI: 10.1016/j.bpj.2020.06.023.

Наталья Савельева-Кулик