Віріони незрілого вірусу імунодефіциту людини (ВІЛ) у своїй структурі містять решітку, що складається з білків Gag та Gag-Pol. Нині для візуалізації молекулярних змін вірусної структури застосовуються методи електронної мікроскопії. Однак для отримання зображення високої роздільної здатності навіть найсучасніша електронна технологія потребує кріостабілізації вірусу. У нещодавньому дослідженні вченими Університету Юти (University of Utah), США, розроблено унікальний метод візуалізації вірусоподібних частинок у реальному часі за умов кімнатної температури та можливістю отримання зображень високої точності. Використовуючи нову розробку, встановлено, що решітка, яка формує основний структурний компонент ВІЛ, є динамічною. Відкриття дифузійних особливостей протеїнової решітки на основі білків Gag та Gag-Pol, що тривалий час вважалась абсолютно статичною, на думку вчених, відкриває нові можливості пошуку потенційних шляхів терапії. Статтю з матеріалами дослідження представлено у виданні «Biophysical Journal» 26 червня 2020 р.
Внутрішньоклітинні механізми дозрівання вірусних частинок
Протягом розвитку ВІЛ в інфікованій клітині протеаза — фермент, який є структурною частиною білків Gag-Pol, — має сформувати зв’язки з іншими подібними молекулами у процесі димеризації. Це ініціює дозрівання вірусних частинок, які здатні інфікувати інші клітини. Донині залишається невідомим механізм, за яким відбувається пошук та димеризація протеаз. Але існують гіпотези про те, що процес може бути пов’язаним із ремоделюванням решітки на основі білків Gag та Gag-Pol, які розміщені власне у вірусній оболонці. Gag є основним структурним протеїном, і раніше було доведено, що його наявності достатньо для збірки вірусних частинок. Молекули Gag формують сітчасту гексагональну структуру, яка створює переплетіння з мінімальними проміжками. Застосування новітнього методу електронної візуалізації дозволило встановити, що така білкова решітка не є статичною.
Як доповнення до нового способу мікроскопії дослідники використали математичні методи та здійснили біохімічні експерименти з метою перевірки статичних властивостей сітчастої структури вірусу. Тому, окрім візуалізації вірусів, зазначене дозволило також спостерігати внутрішньоклітинні переміщення молекул. За твердженням авторів розробки, метод у перспективі дозволяє вивчати будь-яку біомедичну структуру.
Метод картування в діагностиці динамічних явищ біологічних систем
Первинна мета представленого дослідження — вивчити молекулярні особливості сітчастої структури Gag-протеїну. Враховуючи мінімальні розміри діаметру ВІЛ (120 нм), вчені застосували інтерферометричну фотоактивовану локалізаційну мікроскопію (interferometric photoactivated localization microscopy — iPALM). Протеїн Gag було помічено флуоресцентним білком Dendra2 та синтезовано вірусоподібні частинки на основі білків Gag-Dendra2. Це дозволило продемонструвати, що сполука Gag-Dendra2 функціонує подібно до комплексу на основі протеїнів Gag. Крім того, флуоресцентне налаштування дозволило методу iPALM отримати зображення частинок з роздільною здатністю до 10 нм.
Завдяки цьому встановлено, що кожна іммобілізована вірусоподібна частинка містить від 1400 до 2400 білків Gag-Dendra2, розміщених у гексагональній решітці. Після використання даних iPALM для реконструкції покрокових зображень виявилося, що решітка Gag-Dendra2 не є сталою у часі. Для підтвердження цього здійснено дві незалежні перевірки біохімічним та математичним способами. У результаті виявлено, що збірка Gag-білків відбувається випадковим чином. Загалом встановлено, що з часом частка димеризованих комплексів зростає, при цьому структурні білки мігрують у межах сітки, поступово об’єднуючись.
Новий інструмент вірусологічної діагностики
За твердженням авторів роботи, виконане дослідження є першим, в якому доведено динамічність білкової решітки оболонки ВІЛ. При цьому новий метод може стати важливим для поглибленого вивчення змін, які відбуваються в сітчастій структурі вірусної оболонки протягом дозрівання вірусних частинок. Таким чином, спостереження динаміки зазначених процесів дозволить вивчати молекулярні механізми процесів вірулентності та інфікування, покрокових подій, які призводять до димеризації білкових компонентів сітчастої структури ВІЛ, а також можливостей терапевтичних втручань для створення перешкод цим наслідкам.
Долучайтеся до нас у Viber-спільноті, Telegram-каналі, Instagram, на сторінці Facebook, а також Twitter, щоб першими отримувати найсвіжіші та найактуальніші новини зі світу медицини.
- Saha I., Saffarian S. (2020) Dynamics of the 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.
Наталія Савельєва-Кулик
