Определение структуры вируса является важным шагом в понимании и лечении вирусных заболеваний. В течение десятилетий структурные биологи использовали криоэлектронную микроскопию для создания все более точных изображений биомолекул, но одно из предположений, на которое они полагались, могло оказаться неверным.
Флавивирусы, такие как лихорадка денге и Зика, считались симметричными икосаэдрами (формами с 20 одинаковыми гранями) на основании данных микроскопии. Но эти икосаэдрические вирусы могут быть не совсем симметричными, согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«До сих пор любые такие вирусы, которые когда-либо исследовались, рассматривались с предположением, что они обладают икосаэдрической симметрией», - сказал Майкл Россманн, заслуженный профессор биологических наук Хэнли в Университете Пердью. «Теперь мы понимаем, что это приближение - оно не совсем точное. Большая часть вирусов имеет почти икосаэдрическую форму, и только сейчас мы начинаем видеть детали».
Исследовательская группа, включая Ричарда Куна, заслуженного профессора науки Трента и Джудит Андерсон в Университете Пердью, использовала крио-ЭМ для определения структуры незрелого и зрелого вируса Кунджин, штамма вируса Западного Нила. Они следовали стандартным процедурам до самого конца, когда данные с микроскопа обрабатываются для создания структуры. Там, где они обычно применяли бы требование симметрии, исследователи отказались.
Мэттью Теркельсен, аспирант Purdue и ведущий автор статьи, впервые заметил нечто необычное, когда определял структуру антитела, связанного с незрелым вирусом. Изображения антител, связанных с вирусом, показали предпочтение одной стороны частицы, и эта сторона была немного нечеткой.
«Тот факт, что антитело, казалось, предпочитало одну сторону частицы, и эта сторона имела необычную плотность, заставил меня усомниться в предположениях, которые мы делали об икосаэдрической симметрии», - сказал Теркельсен. «После этого я начал делать асимметричные реконструкции».
То, что он обнаружил, выглядело как «пупок» снаружи вируса.
Это отклонение в симметрии может происходить из-за способа производства вируса. Когда оболочечные вирусы собирают новые вирусные частицы, они зарываются в клеточную мембрану и проталкиваются, пока не создадут свой собственный защитный слой. Когда этот слой почти полностью закрыт, вирус делает последний толчок и отпочковывается от мембраны.
Исследователи считают, что именно в этот момент, когда новая вирусная мембрана пытается закрыться, ранее совершенная структура вируса немного искажается.
«Шейка этой зарождающейся частицы становится очень узкой, когда она отщипывается, и гликопротеины, окружающие оболочку, начинают ударяться друг о друга», - сказал Кун. «Мы думаем, что они могут не взять нужное количество белков для создания икосаэдра, и в результате получится частица с искажением на одной стороне».
Хотя и незрелый, и зрелый вирусы имели «пупки» на внешнем слое, у незрелого вируса был еще один недостаток. Основная структура вируса, нуклеокапсид, находится не в центре оболочки, а с одной стороны ближе к мембране.
Некоторые другие вирусы имеют уникально расположенные ядра, но ядро флавивируса уникально, потому что оно перемещается по мере того, как вирус становится «взрослым». Созревание - важная часть жизненного цикла вируса, и эти результаты могут дать представление о том, что происходит во время этого процесса и почему.
Исследователи считают, что эти результаты откроют двери для будущих экспериментов. В дополнение к истинным структурам нескольких, если не всех, икосаэдрических вирусов, есть много других неизвестных. Выполняет ли уникальный полюс вируса функцию, когда он связывается со следующей клеткой? Способствует ли он связыванию с рецептором? Влияет ли это на выход РНК внутри? Все эти детали важны для понимания жизненного цикла флавивирусов.