Petek, 31. maj 2013. Ameriški raziskovalci so določili natančno kemijsko strukturo kapsida proti virusu HIV, proteinske prevleke, ki ščiti genetski material virusa in je ključ do njegove virulentnosti, ugotovitev, ki bi lahko pripeljala do novih načinov obrambe glede na naslovnico revije Nature, pogosto spreminjajoč se virus. Kapsid je postal privlačna tarča razvoja novih protiretrovirusnih zdravil.
Znanstveniki že dolgo poskušajo razumeti, kako je zgrajen HIV kapsid, in za to so uporabili različne laboratorijske tehnike, kot so elektronska kriomikroskopija, krio-MS tomografija, jedrsko magnetnoresonančna spektroskopija in rentgenska kristalografija. posamezne dele kapsida, da bi razkrili podrobnosti in dobili popoln smisel.
Vendar pa do prihoda superračunalnikov petascale nihče ni mogel zbrati celotnega HIV virusa, nabora več kot 1300 enakih beljakovin, ki tvorijo stožčasto strukturo, podrobno opisano na atomskem nivoju. Simulacije, ki dodajo manjkajoče koščke v sestavljanki, so bile izvedene med preizkusi 'Blue Waters', novega superračunalnika Nacionalnega centra za superračunalniške aplikacije Univerze v Illinoisu, v Urbana-Champaign, ZDA.
"To je velika struktura, ena največjih struktur, ki je bila kdajkoli rešena, " je dejal profesor fizike z univerze v Illinoisu Klaus Schulten, ki je s podoktorskim raziskovalcem Juanom R. Perilla izvajal molekularne simulacije podatkov. integriran iz laboratorijskih eksperimentov kolegov z univerze v Pittsburghu in univerze v Vanderbiltu, obe v Združenih državah Amerike. "Bilo je zelo jasno, da bo potrebno veliko simulacije, največje simulacije, ki je bila kdaj objavljena. Sodelovanje 64 milijonov atomov, " je dejal.
Prejšnje raziskave so pokazale, da HIV kapsid vsebuje vrsto enakih proteinov. Znanstveniki so vedeli, da so beljakovine razporejeni v peterokotnikov in šesterokotnikov, in domnevali, da pentagoni tvorijo najbolj močno zaobljene vogale kapsidne oblike visao z elektronskim mikroskopom, vendar niso vedeli, koliko teh gradnikov beljakovin je potrebnih ali kako pentagoni in Šestkotniki se združijo in tvorijo kapsido.
Vodja profesorja strukturne biologije Peijun Zhang, je ekipa iz Pittsburga izpostavila osnovne sestavine kapsida visokim nivojem slanosti, zaradi česar so se beljakovine združile v cevi iz šesterokotnikov. Drugi poskusi so pokazali interakcije med določenimi območji beljakovin, ki so "temeljne za sestavljanje kapsida ter virusno stabilnost in infektivnost", poročajo raziskovalci.
Skupina je opravila tudi krioelektronsko tomografijo celotnega kapsida, razrezanega na odseke, da bi dobili približno predstavo o njegovi splošni obliki. Perilla in Schulten sta uporabila podatke iz teh poskusov in lastne simulacije interakcij med heksamerji in pentameri, da sta izvedla vrsto obsežnih računalniških simulacij, ki so predstavljale strukturne lastnosti kapsida gradnikov.
"Primerjanje splošnega kapsida, sestavljenega iz 64 milijonov atomov, z različnimi eksperimentalnimi podatki je mogoče opraviti le z računalniško simulacijo z metodologijo, ki smo jo razvili, imenovano fleksibilna prilagoditev molekularne dinamike, " je pojasnil Schulten. V bistvu je simulirati fizikalne značilnosti in obnašanje velikih bioloških molekul, poleg tega pa podatke vključiti v simulacijo, tako da se model dejansko premakne v skladu s podatki. "
Simulacije so pokazale, da HIV kapsid vsebuje 216 šesterokotnih beljakovin in 12 pentagonskih proteinov, razporejenih tako, kot kažejo eksperimentalni podatki. Beljakovine, ki sestavljajo te peterokotnike in šesterokotnike, so bile enake, kljub temu pa so koti združevanja med njimi variirali od ene regije kapsida do druge. "To je res skrivnost, " je dejal Schulten. "Kako lahko posamezna vrsta beljakovin tvori nekaj tako raznolikega? Ta beljakovina mora biti sama po sebi prožna."
Pentagoni "povzročajo ostro ukrivitev površine, " so poročali raziskovalci in dovolili, da je kapsid zaprta struktura, kar ne bi bilo mogoče, če bi bil kapsid sestavljen samo iz šesterokotnikov. Posebej podrobna kemijska struktura kapsida proti virusu HIV bo raziskovalcem omogočila nadaljnje proučevanje njegovega delovanja, kar bi lahko vplivalo na farmakološke posege, da bi to funkcijo motili, je dejal Schulten.
"Kapsid proti virusu HIV ima pravzaprav dve popolnoma nasprotni hiši, " je dejal raziskovalec. "Genetski material mora biti zaščiten, ko pa pride v celico, mora genetski material sprostiti zelo dobro: ne prehitro. dobro je, prepočasi ni dobro. " V zvezi s tem je pojasnil, da je čas odpiranja kapsida bistvenega pomena za stopnjo virulentnosti virusa, zato je v tem trenutku morda najboljši način za poseg v okužbo z virusom HIV.
Vir:
Oznake:
Cut-In-Otrok Lepota Zdravila
Znanstveniki že dolgo poskušajo razumeti, kako je zgrajen HIV kapsid, in za to so uporabili različne laboratorijske tehnike, kot so elektronska kriomikroskopija, krio-MS tomografija, jedrsko magnetnoresonančna spektroskopija in rentgenska kristalografija. posamezne dele kapsida, da bi razkrili podrobnosti in dobili popoln smisel.
Vendar pa do prihoda superračunalnikov petascale nihče ni mogel zbrati celotnega HIV virusa, nabora več kot 1300 enakih beljakovin, ki tvorijo stožčasto strukturo, podrobno opisano na atomskem nivoju. Simulacije, ki dodajo manjkajoče koščke v sestavljanki, so bile izvedene med preizkusi 'Blue Waters', novega superračunalnika Nacionalnega centra za superračunalniške aplikacije Univerze v Illinoisu, v Urbana-Champaign, ZDA.
"To je velika struktura, ena največjih struktur, ki je bila kdajkoli rešena, " je dejal profesor fizike z univerze v Illinoisu Klaus Schulten, ki je s podoktorskim raziskovalcem Juanom R. Perilla izvajal molekularne simulacije podatkov. integriran iz laboratorijskih eksperimentov kolegov z univerze v Pittsburghu in univerze v Vanderbiltu, obe v Združenih državah Amerike. "Bilo je zelo jasno, da bo potrebno veliko simulacije, največje simulacije, ki je bila kdaj objavljena. Sodelovanje 64 milijonov atomov, " je dejal.
Prejšnje raziskave so pokazale, da HIV kapsid vsebuje vrsto enakih proteinov. Znanstveniki so vedeli, da so beljakovine razporejeni v peterokotnikov in šesterokotnikov, in domnevali, da pentagoni tvorijo najbolj močno zaobljene vogale kapsidne oblike visao z elektronskim mikroskopom, vendar niso vedeli, koliko teh gradnikov beljakovin je potrebnih ali kako pentagoni in Šestkotniki se združijo in tvorijo kapsido.
Vodja profesorja strukturne biologije Peijun Zhang, je ekipa iz Pittsburga izpostavila osnovne sestavine kapsida visokim nivojem slanosti, zaradi česar so se beljakovine združile v cevi iz šesterokotnikov. Drugi poskusi so pokazali interakcije med določenimi območji beljakovin, ki so "temeljne za sestavljanje kapsida ter virusno stabilnost in infektivnost", poročajo raziskovalci.
Skupina je opravila tudi krioelektronsko tomografijo celotnega kapsida, razrezanega na odseke, da bi dobili približno predstavo o njegovi splošni obliki. Perilla in Schulten sta uporabila podatke iz teh poskusov in lastne simulacije interakcij med heksamerji in pentameri, da sta izvedla vrsto obsežnih računalniških simulacij, ki so predstavljale strukturne lastnosti kapsida gradnikov.
"Primerjanje splošnega kapsida, sestavljenega iz 64 milijonov atomov, z različnimi eksperimentalnimi podatki je mogoče opraviti le z računalniško simulacijo z metodologijo, ki smo jo razvili, imenovano fleksibilna prilagoditev molekularne dinamike, " je pojasnil Schulten. V bistvu je simulirati fizikalne značilnosti in obnašanje velikih bioloških molekul, poleg tega pa podatke vključiti v simulacijo, tako da se model dejansko premakne v skladu s podatki. "
Simulacije so pokazale, da HIV kapsid vsebuje 216 šesterokotnih beljakovin in 12 pentagonskih proteinov, razporejenih tako, kot kažejo eksperimentalni podatki. Beljakovine, ki sestavljajo te peterokotnike in šesterokotnike, so bile enake, kljub temu pa so koti združevanja med njimi variirali od ene regije kapsida do druge. "To je res skrivnost, " je dejal Schulten. "Kako lahko posamezna vrsta beljakovin tvori nekaj tako raznolikega? Ta beljakovina mora biti sama po sebi prožna."
Pentagoni "povzročajo ostro ukrivitev površine, " so poročali raziskovalci in dovolili, da je kapsid zaprta struktura, kar ne bi bilo mogoče, če bi bil kapsid sestavljen samo iz šesterokotnikov. Posebej podrobna kemijska struktura kapsida proti virusu HIV bo raziskovalcem omogočila nadaljnje proučevanje njegovega delovanja, kar bi lahko vplivalo na farmakološke posege, da bi to funkcijo motili, je dejal Schulten.
"Kapsid proti virusu HIV ima pravzaprav dve popolnoma nasprotni hiši, " je dejal raziskovalec. "Genetski material mora biti zaščiten, ko pa pride v celico, mora genetski material sprostiti zelo dobro: ne prehitro. dobro je, prepočasi ni dobro. " V zvezi s tem je pojasnil, da je čas odpiranja kapsida bistvenega pomena za stopnjo virulentnosti virusa, zato je v tem trenutku morda najboljši način za poseg v okužbo z virusom HIV.
Vir:
