Взаимодействие ВИЧ-инфицированных и неинфицированных иммунных клеток
Ученые описали биофизические принципы проникновения вирусов гриппа и иммунодефицита человека в клетки пораженного организма. Исследователи создали теоретическую модель, которая описывает механические свойства липидных мембран вирусов и атакуемых клеток, на основании которой они смогли связать механику мембран с устойчивостью клеток. Цикл статей за авторством ученых из ИФХЭ РАН им. А.Н. Фрумкина, НИТУ МИСиС, МФТИ и ряда других исследовательских центров с результатами работы опубликован в International Journal of Molecular Sciences (1, 2, 3).
Вызывающие многие опасные для человека заболевания вирусы, такие как вирус иммунодефицита человека, герпеса, гепатита, лихорадки Эбола и гриппа, проникают в клетки пораженного организма после того, как их оболочка сливается с мембраной клетки или ее органелл. Этому процессу помогают так называемые белки слияния, которые приводят в контакт липидную оболочки вируса и мембрану клетки-мишени.
Разработанная авторами новой работы теоретическую модель предсказывает энергетические затраты, которые нужно понести вирусным белкам, чтобы их мембрана слилась с оболочкой жертвы. Помимо этого, следя за изменениями энергии этого процесса, биофизики обнаружили несколько альтернативных сценариев атаки, некоторые из которых заканчиваются победой вируса, тогда как в ряде других случаев образуется тупиковое состояние, которое вирус уже не в состоянии развернуть в свою пользу.
«Нас вдохновили эксперименты по исследованию вирусного слияния методами криоэлектронной микроскопии, — рассказывает соавтор исследования Тимур Галимзянов из НИТУ «МИСиС». — В них были обнаружены необычные структуры, не предсказанные ни одной из существующих теоретических моделей слияния мембран. Поэтому мы предложили свою модифицированную модель слияния, и показали, что обнаруженные структуры являются тупиковыми, не приводя к слиянию вируса с клеткой, и рассчитали, как структура вирусных белков слияния влияет на выбор пути этого процесса — успешного или тупикового».
Также оказалось, что на процесс слияния мембран влияют несколько ключевых факторов, каждому из которых было посвящено отдельное исследование. Три фактора, на которых авторы акцентируют свое внимание, — это геометрические параметры белков слияния, которые атакуют мембрану клетки-жертвы, pH окружающей среды, определяющий в том числе структуру белков, а также наличие так называемых «рафтов» (от английского raft, то есть «плот»). Ученые объяснили, как рафты — островки жестких молекул, относительно свободно перемещающихся по полужидкой клеточной мембране, — взаимодействуют с вирусными белками и играют решающую роль в выборе того, по какому из путей пойдет слияние. Результатом этой работы стал сравнительно простой вывод: в случае вируса иммунодефицита человека присутствие рафта в области атаки помогает слиянию, и, как следствие, успешному проникновению вирусного генетического материала в клетку.
Авторы подчеркивают, что полученные результаты в дальнейшем будут адаптироваться для более широкого класса объектов, хотя уже сейчас предсказания теоретической модели ставят важную задачу верификации для коллег-экспериментаторов. Если выводы о роли механических свойств клеточных мембран подтвердятся, это может стать важной отправной точкой в исследовании вирусных процессов и механизмов клеточной защиты.
Комментарии