Künstlerische Darstellung dynamischer Proteine in einer viralen Gitterstruktur. (Dave Meikle/Saffarian Lab) Zum ersten Mal ermöglicht das strukturelle Proteingitter Viren wie HIV Es hat sich herausgestellt, dass es sich um ein sich bewegendes, dynamisches System handelt, das Forschern Einblick in einen verborgenen nanoskaligen Prozess gibt, der eines Tages die Entwicklung neuer virusblockierender Behandlungen ermöglichen könnte.
Verwendung von Modellierung in Verbindung mit einer Mikroskopietechnik namens interferometrische photoaktivierte Lokalisierungsmikroskopie (iPALM) haben Forscher visualisiert, wie HIV-virusähnliche Partikel (VLPs) in Echtzeit Gestalt annehmen, und sind damit über die Grenzen statischer Elektronenmikroskopiemethoden hinausgegangen, bei denen Proben zur Analyse still eingefroren werden müssen.
'Neben dem Virus „Eine wesentliche Auswirkung der Methode besteht darin, dass man sehen kann, wie sich Moleküle in einer Zelle bewegen“, sagt leitende Forscherin und Physikerin Ipsita Saha von der University of Utah.
„Damit kann man jede biomedizinische Struktur untersuchen.“
Im Studie , Saha und ihr Vorgesetzter, Saveez Saffarian untersuchten die molekularen Konfigurationen von Proteinstrukturen, die die Reifung von Virionen (unabhängigen Viruspartikeln) ermöglichen.
Wenn sich ein umhülltes Virus wie HIV repliziert, durchläuft es einen Prozess namens Knospung Dabei werden Bestandteile infizierter Zellen kooptiert, um die Produktion und Freisetzung eines neuen Virionpartikels zu unterstützen, das in der Lage ist, eine andere Zelle zu infizieren.
„Viren sind Wesen, die sich nicht selbst vermehren können“, sagt Saha im April erklärt „Also kapern sie die zelluläre Maschinerie zur Replikation und wenden die Zelle gegen sich selbst auf.“
Bei diesem Knospungsprozess entsteht aus der infizierten Zelle eine Virushülle aus verschiedenen Proteinen. Im Fall von HIV heißt das wichtigste Protein Gag, das den größten Teil des strukturellen Gittergerüsts des Partikels ausmacht.
Bisher wurde dieses Strukturgitter aufgrund mikroskopischer Einschränkungen meist aus einer statischen Perspektive betrachtet, aber die neue Studie könnte Forschern helfen zu verstehen, wie sich die Virusreifung dynamisch abspielt.
Neben Gag gibt es ein weiteres wichtiges Protein, das die HIV-Struktur ausmacht: GagPol, das selbst ein Enzym namens Protease beherbergt, das durch einen molekularen Bindungsprozess namens Dimerisierung dabei hilft, die Reifung des Virus auszulösen.
Wie die relevanten Moleküle im HIV im Zuge der Dimerisierung zueinander gefunden haben, ist noch nie vollständig geklärt, doch die neue Forschung bietet eine Erklärung.
Dank einer Kombination von Techniken, darunter mehrere Arten der molekularen Markierung und eine Zeitrafferanalyse, deuten die Experimente des Teams darauf hin, dass das Virusgitter aus Proteinen besteht, die dynamisch und nicht statisch sind und sich zufällig zusammensetzen können, wenn sie in die Nähe kommen miteinander innerhalb eines bewegten Systems.
Während sich die Experimente nur mit VLPs befassten, die das HIV-Genom nicht vollständig replizieren, ist es nach Ansicht des Teams möglich, dass wir dieselben Techniken verwenden könnten, um zu untersuchen, was das echte Virus tatsächlich tut.
„Es ist plausibel, dass die Gitterdynamik innerhalb des unreifen Gitters der vollständig infektiösen Virionen eine Rolle bei der anfänglichen Protease-Dimerisierung und folglich ihrer Aktivierung spielen kann.“ schreiben die Autoren in ihrer Arbeit .
„Weitere Studien innerhalb des unreifen Gitters der vollständig infektiösen Virionen sollten in der Lage sein, mehr Licht auf diese Mechanismen zu werfen.“
Wenn zukünftige Arbeiten diese dynamischen Strukturen bei HIV reproduzieren können, könnten wir dem Verständnis der molekularen Reifung von HIV einen großen Schritt näher kommen und auf diese Weise vielleicht lernen, wie wir verhindern können, dass es infektiös wird.
„Es eröffnet eine neue Studienrichtung“ sagt Saha .
„Wenn Sie diesen Prozess verstehen, können Sie vielleicht etwas tun, um zu verhindern, dass sie einander finden, etwa mit einer Art Medikament, das das Virus im Keim erstickt.“
Über die Ergebnisse wird berichtet Biophysikalisches Journal .