Впервые ученые непосредственно визуализировали в режиме реального времени структурные изменения в поверхностном белке вируса гриппа, которые могут помочь вирусу слиться с клетками-мишенями и проникнуть в них, прежде чем перехватить их функции. Исследователи из Медицинской школы Университета Тафтса обнаружили, что отдельные молекулы белка гемагглютинина (HA), которые находятся на поверхности вируса, разворачиваются, чтобы тянуться к клеткам-мишеням, затем сворачиваются и повторяют попытку от 5 до 10 раз в секунду. Открытие показывает, что вирус гриппа более динамичен, чем считалось ранее, и может помочь в разработке более эффективных вакцин и лучше понять другие вирусы, такие как Эбола, ВИЧ и атипичная пневмония. Исследование опубликовано в онлайн-журнале Cell 28 июня и в печати 9 августа.
В течение десятилетий грипп служил моделью для изучения большого класса вирусов, которые проникают в клетки по общему механизму: белок оболочки на поверхности этих вирусов должен прикрепить вирус к клеточной мембране, а затем слиться с ней. вирус и клетка. Слияние позволяет высвобождать содержимое вируса в клетку, чтобы он мог взять на себя внутренние функции клетки и размножаться. Белок оболочки гриппа, HA, уже давно служит шаблоном для механизмов слияния в других вирусах.
«Белки оболочки были описаны как старомодные мышеловки, установленные в статичном, подпружиненном состоянии, ожидающие срабатывания при взаимодействии с клеткой-мишенью», - сказал старший автор исследования Джеймс Манро, доктор философии., доцент кафедры молекулярной биологии и микробиологии в Медицинской школе Тафтса, который также преподает в Высшей школе биомедицинских наук им. Саклера в Тафтсе. «После срабатывания они претерпевают резкое изменение своей трехмерной структуры, что позволяет слиться и проникнуть в цель. Однако, несмотря на некоторые намеки в предыдущих исследованиях, этот процесс не наблюдался напрямую, и было широко распространено мнение, что у каждой белковой молекулы на поверхности вируса есть только один шанс попасть в ловушку».
Используя передовую технологию визуализации - резонансную передачу энергии Фёрстера одной молекулы, или smFRET, которая измеряет наноразмерные расстояния внутри отдельных молекул, помеченных флуоресцентными красителями, - а затем выполняя значительный вычислительный анализ данных, исследователи Тафтса создали первое Визуализация в режиме реального времени изменения формы отдельных молекул ГК в поисках клеточных мишеней. Для облегчения экспериментов молекулы НА были визуализированы на поверхности неродственного вируса.
То, что они обнаружили, было универсальной и динамичной мышеловкой, которая была далека от той модели, которая предполагалась ранее. «Тот факт, что эта вирусная молекула может реконфигурировать себя, затем изменить эту конфигурацию и быстро повторить эту последовательность несколько раз, меняет то, как мы думаем о проникновении вируса», - сказал Манро.
Обратимость может потенциально принести пользу вирусу несколькими способами, включая предотвращение ранней активации в отсутствие соответствующей мишени, позволяя молекулам вируса синхронизировать свои усилия для повышения эффективности и сбивая с толку защитные антитела клетки, которые должны распознавать форму вируса для защиты от него.
"Поверхностные белки - единственная часть вируса, которую "видит" иммунная система". В результате почти все известные антитела, ингибирующие репликацию вируса, нацелены на эти белки», - отметил Манро. «Мы спрашиваем: «Какие структуры должна распознавать иммунная система, чтобы вырабатывать более эффективные антитела?»».
По-прежнему необходимы исследования, чтобы доказать повторяемость и обратимость этой динамики белка в вирусах, отличных от гриппа, и в лаборатории Манро проводятся эксперименты по визуализации с использованием инертных, неинфекционных частиц Эболы. Манро является лауреатом премии директора Национального института здравоохранения «Новый новатор» за поддержку использования визуализации одиночных молекул для исследования того, как вирусы, такие как лихорадка Эбола, проникают в клетки-хозяева.