Нашли иголку в стоге сена

Нашей лаборатории (точнее, ее немецкой реинкарнации) уже три года, и вот опубликован первый большой результат. Мои коллеги Джеймс Стейси и Доминик Хребик обнаружили новую важную штуку в вирусе ВИЧ. Чтобы ее объяснить, нужно небольшое вступление.

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) — очень хреновый вирус. Он может поражать клетки иммунной системы, тем самым угнетая иммунитет. От этого развивается синдром приобретенного иммунного дефицита (СПИД) — в таком случае организм больше не может защищаться от инфекций и опухолей.

Вирус формируется таким образом: все запчасти вируса синтезируются внутри зараженной клетки, и собираются в вирус прямо на мембране этой клетки. Один из белков ВИЧ — полипротеин Gag — накапливается на внутренней поверхности клетки, образуя своеобразный карман, в который собираются все компоненты вируса.

Вирус, который только отделился от исходной клетки, не заразен. Чтобы запустится процесс созревания вируса, специальный фермент должен разрезать вышеупомянутый Gag на несколько частей: на 4 белка и 2 маленьких пептида. Белки включают в себя матрицу, капсид, нуклеокапсид и p6; два пептида: spacer peptide 1 (SP1) и spacer peptide 2 (SP2).

Например, тесты на ВИЧ последнего поколения часто тестируют на капсид (в таком случае в вашей справке будет написано что-то типа “антитела и антиген p24”).

Теперь к открытию. Матрица и капсид формируют две белковые оболочки в виде кристаллической решетки внутри вируса. Было известно, что во время созревания вируса внешняя оболочка (матрица) меняет форму кристаллической решетки.

Джеймс и Доминик хотели разобраться, как именно это происходит. Для этого им надо было узнать структуру двух состояний матрицы (до и после созревания) внутри полностью собранного вируса.

Обычно структуру белков можно узнать с помощью крио-электронной микроскопии. Очищенный белок в растворе быстро замораживают и делают фотографии двухмерных теней молекул белка. Из этих теней дальше составляют трехмерную структуру.

Проблема в том, что внутри вируса помимо интересующего нас белка есть полно других белков и прочих молекул. Поэтому на двухмерных фотографиях остается сложная тень от большого количества объектов. Представьте фотографию, на которой наложившиеся друг на друга силуэты от объектов в тумане. Задача — из такой сложной тени отделить силуэты интересующего объекта и далее из этих силуэтов составить трехмерную структуру этого объекта.

Джеймс и Доминик придумали, как как это сделать. Они представили, что компоненты тени от других белков – это шум, и использовали геометрию вируса и физические свойства микроскопа, чтобы отделить силуэты матрицы вируса от остальных компонентов.

Получив трехмерную структуру, они увидели, что в зрелом вирусе матрица связана с пептидом SP2. Раньше было непонятно, куда девается этот пептид во время созревания вируса, так как его просто было невозможно разглядеть — его размер всего 16 аминокислот, что в 20 раз меньше объектов, теоретически видимых для крио-электронного микроскопа. Усилить сигнал этого пептида удалось как раз за счет вышеупомянутого трюка с шумом.

Далее, сделав биохимические тесты, они показали, что матрица вируса действительно переключается в зрелую форму только когда к ней присоединяется SP2.

Затем они показали, что вирусы, в которых SP2 заблокирован, связываются с клетками очень медленно — со скоростью незрелых вирусов.

Таким образом, благодаря этому исследованию:

Во-первых, теперь мы знаем, что SP2 запускает созревание матрицы в ВИЧ. А, показав структуру этого взаимодействия, мы узнали новую потенциальную мишень для лекарств от ВИЧ (работа уже в процессе).

Во-вторых, теперь у нас есть улучшенный метод, который позволяет разрешать структуру белков в сложном окружении. Это сильно расширяет возможности исследований в структурной биологии.

Для наглядности можете посмотреть красивое видео, которое сделала Марго Ригги, графический дизайнер в нашем институте: тут или в первом комментарии (почему-то оно не прикрепляется к посту). Результаты в свежем выпуске Nature (тык).

Всем добра,
Тг

#науказбс