Vědci se již dlouho snažili pochopit, jak je kapsida HIV konstruována, a proto použili různé laboratorní techniky, jako je elektronická kryomikroskopie, kryo-MS tomografie, nukleární magnetická rezonance a rentgenová krystalografie. jednotlivé části kapsidy za účelem odhalení detailů a získání úplného smyslu.
Až do příchodu superpočítačů petascale však nikdo nemohl shromáždit celou kapsli HIV, soubor více než 1300 identických proteinů, které tvoří strukturu ve tvaru kuželu, podrobně na atomové úrovni. Simulace, které přidaly chybějící kousky do skládačky, byly provedeny během testů „Blue Waters“, nového superpočítače z Národního centra pro superpočítačové aplikace University of Illinois v Urbana-Champaign ve Spojených státech.
„Jedná se o velkou strukturu, jednu z největších struktur, která byla kdy vyřešena, “ řekl profesor University of Illinois Physics Klaus Schulten, který s postdoktorským výzkumníkem Juanem R. Perillou provedl molekulární simulace dat. integrovaný z laboratorních experimentů prováděných kolegy na University of Pittsburgh a University of Vanderbilt, oba ve Spojených státech. "Bylo zcela jasné, že bude zapotřebí hodně simulace, největší simulace, která byla kdy publikována. Účast 64 milionů atomů, " řekl.
Předchozí výzkum ukázal, že kapsida HIV obsahuje řadu identických proteinů. Vědci věděli, že proteiny jsou uspořádány v pentagonech a hexagonech a předpokládají, že pentagony tvoří elektronově mikroskopem nejsilněji zaoblené rohy kapsidového tvaru víza, ale nevěděli, kolik z těchto bílkovinných stavebních bloků bylo nutné nebo jak pentagony a Šestiúhelníky se spojí a vytvoří kapsidu.
Pittsburghský tým, režie profesora strukturální biologie Peijun Zhang, vystavil základní složky kapsidu podmínkám vysoké slanosti, což vedlo proteiny k připojení do zkumavek vyrobených z šestiúhelníků. Další experimenty odhalily interakce mezi specifickými oblastmi proteinů, které jsou „zásadní pro sestavení kapsidy a virovou stabilitu a infekčnost“, uvedli vědci.
Tým také provedl kryoelektronickou tomografii kompletní kapsidy, rozřezanou na části, aby získal přibližnou představu o jejím obecném tvaru. Perilla a Schulten použili data z těchto experimentů a jejich vlastní simulace interakcí mezi hexamery a pentamery k provedení řady rozsáhlých počítačových simulací, které představovaly strukturální vlastnosti stavebních bloků kapsidu.
"Práce přizpůsobení obecné kapsidy, která se skládá ze 64 milionů atomů, s různými experimentálními daty, může být provedena pouze pomocí počítačové simulace pomocí metodiky, kterou jsme vyvinuli, tzv. Flexibilní přizpůsobení molekulární dynamiky, " vysvětlil Schulten. Je to v podstatě simulovat fyzikální vlastnosti a chování velkých biologických molekul, kromě začlenění dat do simulace tak, aby se model skutečně posunul směrem ke shodě s údaji. ““
Simulace odhalily, že HIV kapsid obsahoval 216 hexagonových proteinů a 12 pentagonových proteinů uspořádaných podle naznačených experimentálních dat. Proteiny, které tyto pentagony a hexagony tvoří, byly všechny identické, ale přesto se úhly spojení mezi nimi lišily od jedné oblasti kapsidy k druhé. „To je opravdu záhada, " řekl Schulten. „Jak může jediný typ proteinu vytvořit něco tak rozmanitého jako je tento? Protein musí být ze své podstaty flexibilní."
Pětiúhelníky „vyvolávají ostré zakřivení povrchu“, uvedli vědci a umožnili kapsli být uzavřenou strukturou, která by nebyla možná, pokud by kapsida byla složena pouze z šestiúhelníků. Vlastnictví podrobné chemické struktury kapsidy HIV umožní vědcům dále studovat, jak to funguje, s důsledky pro farmakologické zásahy, aby tuto funkci narušily, řekl Schulten.
„HIV kapsida má ve skutečnosti dva zcela opačné domy, “ řekl výzkumník. „Genetický materiál musí být chráněn, ale jakmile se dostane do buňky, musí uvolnit genetický materiál ve velmi dobré době: ne příliš rychle. je to dobré, příliš pomalé není dobré. “ V tomto ohledu vysvětlil, že načasování otevření kapsidy je nezbytné pro stupeň virulence viru, takže v tomto okamžiku je možná nejlepší způsob, jak zasáhnout do infekce HIV.
Zdroj: www.DiarioSalud.net
