Структура белка показывает, как вирусы захватывают клетки

Структура белка показывает, как вирусы захватывают клетки

Институт Солка и его сотрудники показывают ключевые молекулярные различия между вирусами, когда они взаимодействуют с ДНК хозяина.

LA JOLLA — с использованием передовых технологий визуализации, Института Солка и Гарвардская медицинская школа исследователи определили структуру белкового комплекса, который позволяет вирусам, подобным Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) заражают своих носителей постоянными инфекциями.

Вопреки предыдущим предположениям, новая детальная структура комплекса вирусных белков указывает на то, что этот тип молекулярной архитектуры различается у ретровирусов. Эта информация помогает выяснить, как ретровирусы внедряют свою геномную информацию в клетки человека, и может иметь значение не только для лечения таких заболеваний, как ВИЧ, но и для улучшения методов генной терапии для доставки новой ДНК пациентам с генетическими мутациями.

«Детали того, как интегрируются ретровирусы, отличаются гораздо больше, чем считалось ранее, и приводят к совершенно разным схемам заражения», — говорит Дмитрий Люмкис, Солк Товарищ и соавтор новой статьи, опубликованной в Природа на февраль 18, 2016.

Ретровирус вставляет свою генетическую информацию в собственный геном хозяина, по существу превращая клетки хозяина в фабрики по производству вирусов. В случае хорошо известного ретровируса ВИЧ эти вирусные гены интегрируются в иммунные клетки человека, в конечном итоге убивая их. Давняя загадка, отчасти вызванная отсутствием знаний о структуре белкового комплекса, заключалась в том, что диктует, где вирусная ДНК встраивается в геном человека.

Белковый комплекс, называемый интасомой, отвечает за необратимую вставку вирусной ДНК в ДНК человека, что является жизненно важным шагом, позволяющим ретровирусам вызывать заболевания. Поскольку саму интасому ВИЧ сложно изучать, большая часть того, что известно об интасомах, основана на работе с другим ретровирусом, называемым прототипом пенистого вируса, или PFV. В свете проблем, связанных с образцами, связанными с интасомами ВИЧ, Люмкис и Энгельман вместе со своим коллегой Петром Черепановым из Института Фрэнсиса Крика решили определить структуру интасом вируса опухоли молочной железы мыши (MMTV), которая в некотором роде более тесно связан с ВИЧ, чем PFV.

«Интасомная структура MMTV определяет неожиданную новую парадигму структурной основы интеграции ретровирусной ДНК», — говорит соавтор Алан Энгельман, профессор медицины в Институте рака Дана-Фарбер и Гарвардской медицинской школе.

Чтобы определить молекулярную структуру MMTV, команда использовала многообещающий метод, называемый криоэлектронной микроскопией (криоЭМ), подход, который имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционными методами визуализации. Например, исследователям не нужно уговаривать белки превращать их в кристаллические формы, чтобы визуализировать их, что является методом случайного выбора, который требуется для более распространенного метода рентгеновской кристаллографии. Вместо этого в криоЭМ белки замораживаются непосредственно в жидком растворе. Затем, измеряя, как пучки электронов отклоняются от замороженных образцов, ученые могут определить структуру белков.

Люмкис использовал эту передовую технологию, чтобы детализировать структуру интасом MMTV, связанных с нитями вирусной ДНК (то, как эта структура будет выглядеть, когда она проникнет в клетку-хозяин). Команда обнаружила, что в то время как комплекс PFV состоит из четырех белковых компонентов, называемых интегразами, связанных с двумя нитями вирусной ДНК, сборка MMTV имеет восемь молекул интегразы на два фрагмента вирусной ДНК.

Это ключевое структурное различие, говорит Люмкис, означает, что комплексы по-разному взаимодействуют с ДНК хозяина, когда они готовы вставить вирусную ДНК в геном. PFV предпочитает участки в геноме хозяина, которые сильно изогнуты, в то время как MMTV выбирает прямые участки ДНК. Предпочтение ВИЧ остается загадкой, но новые наблюдения обеспечивают неожиданную молекулярную структуру, в рамках которой можно интерпретировать прошлые и будущие данные о ВИЧ и других ретровирусах.

Команды Люмкиса и Энгельмана сейчас работают над тем, чтобы понять серию событий, через которые проходит интасомный комплекс MMTV на этапах вирусной интеграции, от связывания вирусной ДНК до захвата ДНК хозяина и катализа внедрения вирусной ДНК в геном хозяина. Люмкис также планирует применить методы криоЭМ для изучения самого молекулярного комплекса интасом ВИЧ. «Технологическая инфраструктура создана, поэтому я думаю, что теперь мы можем справиться с этими сложными и плохо себя ведущими образцами с помощью криоЭМ», — добавляет Люмкис.

Другими исследователями, участвовавшими в исследовании, были Эллисон Балландрас-Колас и Тамария Г. Дьюдни из Дана-Фарбер Институт Рака и Гарвардская медицинская школа; Моника Браун из Института Солка; Никола Дж. Кук и Петр Черепанов из Институт Фрэнсиса Крика; и Боррис Демелер из Центр медицинских наук Техасского университета.

Работа и привлеченные исследователи были поддержаны грантами от Национальные институты здоровья, Леона М. и Гарри Б. Хелмсли Благотворительный фонд, Национальный научный фонд и Институт рака Сан-Антонио.