22:17
Ученые увеличивают масштаб ВИЧ внутри пробирки, находят критические этапы заражения

Ученые, наконец, воссоздали начальные стадии ВИЧ-инфекции в пробирке, предложив невероятно увеличенный вид вируса в действии.

Удивительные изображения показывают конусообразную оболочку из геометрических плиток, называемую капсидом, которая находится в центре вируса и содержит его генетический материал, известный как РНК. Прежде чем проникнуть в клетку, капсид окружен оболочкой из жировых молекул; эта оболочка сливается с клеткой-хозяином, чтобы впустить капсид внутрь, где он затем переносит РНК к ядру клетки. По пути РНК размножается и, оказавшись внутри ядра, проникает в ДНК хозяина.

Знание того, как воссоздать начальные стадии ВИЧ-инфекции, "означает, что у нас есть гораздо больше инструментов для анализа процесса репликации", - сказал автор исследования Уэсли Сандквист, выдающийся профессор биохимии в Университете здравоохранения штата Юта. В частности, исследование, опубликованное в октябре. 8 в журнале науки, описывает в бесклеточной системе, которая может быть использована для изучения того, как ВИЧ проникает в геном — такая система могла "революционизировать ВИЧ эксперименты во многих лабораториях," Лео Джеймс, руководитель группы по КРД лаборатории молекулярной биологии, который не участвовал в исследовании, сказал Живая Наука в электронной почте.

-Совершить все это-настоящий Тур де форс, - сказал Джеймс. Помимо фундаментальных исследований, система также может помочь объяснить, как экспериментальные препараты, нацеленные на капсид, работают для ограничения репликации ВИЧ, сказал Сандквист в своем заявлении.

Испытания в пробирках

Хотя эксперименты с пробирками отражают аспекты ВИЧ-инфекции в превосходных деталях, они не могут воссоздать каждый шаг в этом процессе, отметил Сандквист. Инфекция обычно начинается, когда внешняя мембрана вируса сливается с мембраной клетки-хозяина, позволяя капсиду и его внутренностям проникнуть внутрь. Но с бесклеточной системой авторы должны были обойти этот начальный шаг.

Вместо этого они использовали соединение, содержащееся в пчелином яде, называемое мелиттином, чтобы "проникнуть" в вирусную мембрану и высвободить капсид, удерживаемый внутри.

Капсид ВИЧ имеет крошечные поры в нем, и обычно, когда вирусная частица плавает через цитоплазму человеческой клетки, она поднимает клеточные строительные блоки ДНК, называемые дезоксинуклеотидтрифосфатами, которые уже есть, согласно отчету 2017 года в журнале Nature. По мере продвижения к ядру вирусная частица использует эти строительные блоки для создания копий полных нитей ДНК, благодаря специальному ферменту, расположенному внутри капсида. Именно так вирус копирует свой генетический материал, чтобы впоследствии внедрить его в геном хозяина. Каким образом вирус "знает", когда начать эту так называемую обратную транскрипцию, до сих пор остается загадкой, но исследования показывают, что биохимические свойства клетки-хозяина служат сигналами для начала реакции.

Но пробирка не содержит автоматически строительных блоков ДНК в растворе, поэтому, чтобы запустить обратную транскрипцию, авторы добавили их. "Этот метод существует уже некоторое время, но сложно заставить реакцию идти до завершения", - отметил Джеймс. Но авторам исследования удалось добиться того, чтобы обратная транскрипция протекала гладко; для этого они узнали, что капсид должен оставаться в основном неповрежденным на протяжении всего процесса.

Детальные изображения капсида ВИЧ, полученные с помощью криоэлектронной микроскопии (слева) и молекулярного моделирования (справа) (Image credit: Owen Pornillos, Barbie Ganser-Pornillos)

"Капсид должен быть в значительной степени неповрежденным, и он должен обладать надлежащей стабильностью или гибкостью, чтобы поддерживать обратную транскрипцию", то есть капсид должен быть связан достаточно плотно, чтобы не распадаться во время обратной транскрипции, но способен открыться, когда капсид входит в ядро, чтобы высвободить свою скопированную ДНК, сказал Сандквист. К счастью, ученые недавно обнаружили способ сохранить капсид достаточно стабильным.

Автор исследования Оуэн Порниллос, адъюнкт-профессор молекулярной физиологии и биологической физики в Университете Вирджинии, и его коллеги обнаружили, что соединение под названием IP6 связывается с плиточной поверхностью капсида, сообщили они в 2018 году в журнале Nature. IP6 несет отрицательный заряд, в то время как каждая плитка несет положительный заряд на стороне, которая указывает на центр капсида; поскольку противоположности притягиваются, когда IP6 связывается с капсидом, это помогает вытянуть плитки в более плотное, более стабильное расположение.

"До открытия IP6 кто-то удалял [вирусную] оболочку in vitro, и все разваливалось, и они ничего не могли видеть", - сказал Жуан Мамеде, доцент кафедры микробных патогенов и иммунитета в Университете Раша, который не участвовал в исследовании.

IP6 "довольно распространен" в клетках, поэтому в своих экспериментах с пробирками авторы добавили аналогичные концентрации соединения, которые были бы найдены в клетках, сказал Сандквист. - В этом и был весь фокус, - добавил он. - Пока мы этого не знали, мы работали с капсидами, которые были слишком нестабильны."

Это иллюстративная диаграмма одной вирусной частицы ВИЧ. Обратите внимание на меченую липидную мембрану (оболочку), капсид, вирусную РНК и обратную транскриптазу, фермент, который транскрибирует РНК в ДНК. (Кредит изображения: Shutterstock)

Видеть - значит верить

Используя компьютерные модели молекул и электронный микроскоп, авторы смогли буквально увидеть, что 240 плиток, составляющих капсид, сохраняют свою решеточную структуру стабильной на протяжении всей обратной транскрипции. По мере того как нити ДНК увеличивались в размерах, их концы иногда выглядывали через крошечные промежутки в переплетении решетки, и иногда можно было видеть, как отдельные фрагменты смещались, в то время как остальная часть капсида оставалась неповрежденной.

Капсид, возможно, должен оставаться стабильным, чтобы держать РНК и транскрибирующий фермент близко друг к другу, сказал Кристофер Эйкен, профессор патологии, микробиологии и иммунологии в Университете Вандербильта, который не участвовал в исследовании. Фермент имеет тенденцию выпадать из РНК во время транскрипции, поэтому "сохраняя фермент в себе, он может повторно связать шаблон и продолжить синтез ДНК", - сказал Эйкен Live Science по электронной почте.

Завершив обратную транскрипцию, авторы перешли к следующему этапу заражения: интеграции, когда вирусная ДНК проникает в геном хозяина. Они вводили нити ДНК, известные как плазмиды, в свои пробирки, чтобы служить посредниками для ДНК в человеческом ядре, но интеграция не начиналась без дополнительного ингредиента. Только" целые клеточные экстракты", смесь белков и молекул, взятых из клеток, позволили бы вирусной ДНК проникнуть в плазмиды.

В будущем команда надеется точно определить, какие ингредиенты в клеточных экстрактах вызывают интеграцию, сказал Сандквист. -Скорее всего, это будет нечто большее, - заметил он. Одна из проблем заключается в том, что в экспериментах с пробирками "всегда трудно понять, что вы что-то упускаете", - сказал он.

Одно из ограничений исследования состоит в том, что оно не может полностью воссоздать клеточные условия, сказал Джеймс.

"Любая система in vitro, какой бы мощной она ни была, может быть использована только для тестирования компонентов, которые мы знаем и можем добавить в реакцию", - сказал Джеймс. Например, в реальных клетках капсид должен перемещаться к ядру клетки, где хранится ДНК, а затем проскальзывать через порталы, известные как ядерные поры. Возможно, существуют неизвестные факторы, которые изменяют капсид во время этого путешествия, отметил Сандквист.

Тем не менее, новая бесклеточная система может помочь выявить личность этих неизвестных факторов, добавил Мамеде. Теперь ученые могут проводить наблюдения в бесклеточной среде, а затем проверять, появляется ли такое же поведение в реальных клетках, сказал он.

Кроме того, эта система может быть полезна при разработке лекарств. "Вы можете протестировать [новые лекарства] более легко с помощью одной из этих упрощенных систем, чем с помощью клетки", - сказал Мамеде в интервью Live Science. "Таким образом, вы можете увидеть механистически, что он на самом деле делает с вирусом."

Фармацевтическая компания Gilead Sciences в настоящее время имеет новый препарат в испытаниях на людях, который специально нацелен на ВИЧ-капсид. ClinicalTrials.gov основываясь на ранних данных, препарат, по-видимому, изменяет капсид в различных точках инфекции, в том числе во время обратной транскрипции. Сандквист сказал, что бесклеточное исследование подчеркивает, что капсид является "критическим компонентом" ВИЧ-инфекции, и что разрушение капсида может ограничить способность вируса размножаться.

Похожие материалы:

Так же рекомендуем посмотреть:

Исследователи создают высокоточный чертеж протеома человека


1-е гнездо "убийственного шершня" в США найдено и уничтожено


14-Летний Подросток Из Техаса Получил Высшую Научную Премию За Открытие Молекулы Коронавируса

Категория: Тайны / Новости / Гипотеза / Наука | Просмотров: 55 | Добавил: admin | Теги: вирусная частица, вирус, время, обратная транскрипция, систе, бесклеточная система, генетический материал, электронная почта, капсид, пробирка, начальная стадия ВИЧ-инфекции, ядро клетки, нить ДНК, Автор, ген хозяина, клетка, криоэлектронная микроскопия, вирусная ДНК, молекулярное моделирование, РНК | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar