2013. május 31., péntek. Az amerikai kutatók meghatározták a HIV-kapszid, a fehérjebevonat pontos kémiai szerkezetét, amely megvédi a vírus genetikai anyagát, és kulcsfontosságú a virulencia szempontjából. Ez a megállapítás új módszereket eredményezhet a védekezéshez a „Nature” folyóirat borítója szerint gyakran változó vírus. A kapszid vonzó célponttá vált az új antiretrovirális gyógyszerek kifejlesztésében.
A tudósok régóta megpróbálták megérteni a HIV-kapszid felépítését, és ehhez különféle laboratóriumi technikákat, például elektronikus krio-mikroszkópiát, krio-MS tomográfiát, nukleáris mágneses rezonancia-spektroszkópiát és röntgenkristály-felvételt alkalmaztak a kapszid egyes részei a részletek feltárása és a teljes értelmezés érdekében.
A petascale szuperszámítógépek megérkezéséig azonban senki sem tudta összegyűjteni a teljes HIV-kapszidot, amely 1300-nál több azonos fehérjét tartalmaz, amelyek kúp alakú szerkezetet alkotnak, atomi szinten részletezve. A puzzle-ben hiányzó darabokat hozzáadó szimulációkat a „Blue Waters” tesztek során hajtották végre, amely egy új szuperszámítógép az Illinoisi Egyetem Nemzeti Szuperszámítógépes Alkalmazási Központjától (Urbana-Champaign, Egyesült Államok).
"Ez egy nagy szerkezet, az egyik legnagyobb szerkezet, amelyet valaha feloldtak" - mondta Klaus Schulten, az Illinoisi Egyetem Fizikai professzora, aki Juan R. Perilla posztdoktori kutatóval az adatok molekuláris szimulációit készítette. integrálva a Pittsburghi Egyetem és a Vanderbilti Egyetem kollégái által végzett laboratóriumi kísérletekbe, mindkettő az Egyesült Államokban. "Nagyon világos volt, hogy sok szimulációra lesz szükség, a legnagyobb szimulációra, amelyet valaha közzétettek. 64 millió atom részvétele" - mondta.
Korábbi kutatások kimutatták, hogy a HIV-kapszid azonos fehérjék sorozatát tartalmazza. A tudósok tudták, hogy a fehérjék ötszögekben és hatszögekben vannak elrendezve, és feltételezték, hogy a ötszögek a kapszid legerősebben lekerekített sarkát képezik elektronmikroszkóppal visao formájában, de nem tudták, hány ilyen fehérjeépítő blokkra van szükség, vagy hogy az ötszögek és Hatszögek csatlakoznak a kapszid képződéséhez.
A strukturális biológia professzora, Peijun Zhang irányításával a Pittsburgh-i csapat a kapszid alapvető alkotóelemeit magas sótartalomnak tette ki, ami arra késztette a fehérjéket, hogy hatszögletű csövekbe csatlakozzanak. Más kísérletek kimutatták a fehérjék bizonyos régiói közötti kölcsönhatásokat, amelyek "alapvetőek a kapszid összeállításához és a vírus stabilitásához és fertőzőképességéhez".
A csapat a teljes kapszid krioelektronikus tomográfiáját is elvégezte, szakaszokra vágva, hogy hozzávetőleges képet kapjon annak általános alakjáról. Perilla és Schulten ezekből a kísérletekből származó adatokat, valamint a hexamerek és a pentamer kölcsönhatásainak saját szimulációját felhasználta egy nagyszabású számítógépes szimuláció sorozatának végrehajtására, amelyek a kapszid építőelemeinek szerkezeti tulajdonságait mutatták be.
"A 64 millió atomból álló általános kapszid és a különféle kísérleti adatok összehangolása csak számítógépes szimuláción keresztül valósítható meg egy olyan módszer segítségével, amelyet kifejlesztettünk a molekuláris dinamika rugalmas adaptálásának hívták" - magyarázta Schulten. Alapvetően a nagy biológiai molekulák fizikai tulajdonságainak és viselkedésének szimulálása, az adatoknak a szimulációba történő beépítése mellett, hogy a modell valóban az adatokkal való egyezés felé haladjon. "
A szimulációk azt mutatták, hogy a HIV kapszid 216 hatszögfehérjét és 12 ötszögfehérjét tartalmazott, a kísérleti adatok szerint. Azok a fehérjék, amelyek ezeket az ötszögeket és hatszögeket alkotják, mind azonosak voltak, mindazonáltal az egyesülés szögei a kapszid egyik régiójából a másikig változtak. "Ez valóban a rejtély" - mondta Schulten. - Hogyan lehet egyfajta fehérje valami olyasféle változást alkotni? A fehérjének eredendően rugalmasnak kell lennie. "
A ötszög "indukálja a felület éles görbületét" - jelentették a kutatók, lehetővé téve, hogy a kapszid zárt szerkezet legyen, amely nem lenne lehetséges, ha a kapszid csak hatszögekből állna. A HIV kapszid részletes kémiai szerkezetének birtoklása lehetővé teszi a kutatók számára, hogy tovább vizsgálják annak működését, és ennek hatása legyen a farmakológiai beavatkozásokra annak érdekében, hogy megzavarják ezt a funkciót - mondta Schulten.
"A HIV-kapszidnak valójában két teljesen ellentétes háza van, " mondta a kutató. "A genetikai anyagot védeni kell, de ha a sejtbe kerül, akkor a genetikai anyagot nagyon jó időben szabadon kell engednie: nem túl gyorsan. jó, túl lassú nem jó. " Ebben a tekintetben elmagyarázta, hogy a kapszid kinyitásának ütemezése elengedhetetlen a vírus virulenciájának fokához, tehát ebben a pillanatban talán a legjobb módja a HIV-fertőzés megzavarásának.
Forrás:
Címkék:
Nemiség Táplálás Pszichológia
A tudósok régóta megpróbálták megérteni a HIV-kapszid felépítését, és ehhez különféle laboratóriumi technikákat, például elektronikus krio-mikroszkópiát, krio-MS tomográfiát, nukleáris mágneses rezonancia-spektroszkópiát és röntgenkristály-felvételt alkalmaztak a kapszid egyes részei a részletek feltárása és a teljes értelmezés érdekében.
A petascale szuperszámítógépek megérkezéséig azonban senki sem tudta összegyűjteni a teljes HIV-kapszidot, amely 1300-nál több azonos fehérjét tartalmaz, amelyek kúp alakú szerkezetet alkotnak, atomi szinten részletezve. A puzzle-ben hiányzó darabokat hozzáadó szimulációkat a „Blue Waters” tesztek során hajtották végre, amely egy új szuperszámítógép az Illinoisi Egyetem Nemzeti Szuperszámítógépes Alkalmazási Központjától (Urbana-Champaign, Egyesült Államok).
"Ez egy nagy szerkezet, az egyik legnagyobb szerkezet, amelyet valaha feloldtak" - mondta Klaus Schulten, az Illinoisi Egyetem Fizikai professzora, aki Juan R. Perilla posztdoktori kutatóval az adatok molekuláris szimulációit készítette. integrálva a Pittsburghi Egyetem és a Vanderbilti Egyetem kollégái által végzett laboratóriumi kísérletekbe, mindkettő az Egyesült Államokban. "Nagyon világos volt, hogy sok szimulációra lesz szükség, a legnagyobb szimulációra, amelyet valaha közzétettek. 64 millió atom részvétele" - mondta.
Korábbi kutatások kimutatták, hogy a HIV-kapszid azonos fehérjék sorozatát tartalmazza. A tudósok tudták, hogy a fehérjék ötszögekben és hatszögekben vannak elrendezve, és feltételezték, hogy a ötszögek a kapszid legerősebben lekerekített sarkát képezik elektronmikroszkóppal visao formájában, de nem tudták, hány ilyen fehérjeépítő blokkra van szükség, vagy hogy az ötszögek és Hatszögek csatlakoznak a kapszid képződéséhez.
A strukturális biológia professzora, Peijun Zhang irányításával a Pittsburgh-i csapat a kapszid alapvető alkotóelemeit magas sótartalomnak tette ki, ami arra késztette a fehérjéket, hogy hatszögletű csövekbe csatlakozzanak. Más kísérletek kimutatták a fehérjék bizonyos régiói közötti kölcsönhatásokat, amelyek "alapvetőek a kapszid összeállításához és a vírus stabilitásához és fertőzőképességéhez".
A csapat a teljes kapszid krioelektronikus tomográfiáját is elvégezte, szakaszokra vágva, hogy hozzávetőleges képet kapjon annak általános alakjáról. Perilla és Schulten ezekből a kísérletekből származó adatokat, valamint a hexamerek és a pentamer kölcsönhatásainak saját szimulációját felhasználta egy nagyszabású számítógépes szimuláció sorozatának végrehajtására, amelyek a kapszid építőelemeinek szerkezeti tulajdonságait mutatták be.
"A 64 millió atomból álló általános kapszid és a különféle kísérleti adatok összehangolása csak számítógépes szimuláción keresztül valósítható meg egy olyan módszer segítségével, amelyet kifejlesztettünk a molekuláris dinamika rugalmas adaptálásának hívták" - magyarázta Schulten. Alapvetően a nagy biológiai molekulák fizikai tulajdonságainak és viselkedésének szimulálása, az adatoknak a szimulációba történő beépítése mellett, hogy a modell valóban az adatokkal való egyezés felé haladjon. "
A szimulációk azt mutatták, hogy a HIV kapszid 216 hatszögfehérjét és 12 ötszögfehérjét tartalmazott, a kísérleti adatok szerint. Azok a fehérjék, amelyek ezeket az ötszögeket és hatszögeket alkotják, mind azonosak voltak, mindazonáltal az egyesülés szögei a kapszid egyik régiójából a másikig változtak. "Ez valóban a rejtély" - mondta Schulten. - Hogyan lehet egyfajta fehérje valami olyasféle változást alkotni? A fehérjének eredendően rugalmasnak kell lennie. "
A ötszög "indukálja a felület éles görbületét" - jelentették a kutatók, lehetővé téve, hogy a kapszid zárt szerkezet legyen, amely nem lenne lehetséges, ha a kapszid csak hatszögekből állna. A HIV kapszid részletes kémiai szerkezetének birtoklása lehetővé teszi a kutatók számára, hogy tovább vizsgálják annak működését, és ennek hatása legyen a farmakológiai beavatkozásokra annak érdekében, hogy megzavarják ezt a funkciót - mondta Schulten.
"A HIV-kapszidnak valójában két teljesen ellentétes háza van, " mondta a kutató. "A genetikai anyagot védeni kell, de ha a sejtbe kerül, akkor a genetikai anyagot nagyon jó időben szabadon kell engednie: nem túl gyorsan. jó, túl lassú nem jó. " Ebben a tekintetben elmagyarázta, hogy a kapszid kinyitásának ütemezése elengedhetetlen a vírus virulenciájának fokához, tehát ebben a pillanatban talán a legjobb módja a HIV-fertőzés megzavarásának.
Forrás:
