Fredag 31 maj 2013. USA-forskare har bestämt den exakta kemiska strukturen för HIV-kapsiden, ett proteinbelägg som skyddar virusets genetiska material och är nyckeln till dess virulens, ett fynd som kan leda till nya sätt att försvara sig mot ett ofta föränderligt virus, enligt omslaget till tidskriften 'Nature'. Kapsiden har blivit ett attraktivt mål för utveckling av nya antiretrovirala läkemedel.
Forskare har länge försökt förstå hur HIV-kapsiden är konstruerad och för detta har de använt en mängd olika laboratorietekniker, såsom elektronisk kryomikroskopi, kryo-MS-tomografi, kärnmagnetisk resonansspektroskopi och röntgenkristallografi, för att titta på enskilda delar av kapsiden för att avslöja detaljer och få en fullständig känsla.
Fram till petascale-superdatornas ankomst kunde ingen dock samla hela HIV-kapsiden, en uppsättning av mer än 1 300 identiska proteiner som bildar en konformad struktur, detaljerad på atomnivå. Simuleringar som lägger till de saknade bitarna i pusslet genomfördes under testen av 'Blue Waters', en ny superdator från National Center for Supercomputing Applications vid University of Illinois, i Urbana-Champaign, USA.
"Detta är en stor struktur, en av de största strukturerna som någonsin har lösts, " säger University of Illinois Physics professor Klaus Schulten, som tillsammans med postdoktor Juan R. Perilla genomförde molekylsimuleringarna av data. integrerad från laboratorieexperiment utförda av kollegor vid University of Pittsburgh och University of Vanderbilt, båda i USA. "Det var mycket tydligt att mycket av simuleringen skulle behövas, den största simuleringen som någonsin har publicerats. Deltagandet av 64 miljoner atomer, " sade han.
Tidigare forskning visade att HIV-kapsiden innehåller en serie identiska proteiner. Forskarna visste att proteiner är arrangerade i pentagoner och hexagoner och antog att pentagonerna bildar de mest avrundade hörnen av kapsiden bildar visao med ett elektronmikroskop, men visste inte hur många av dessa proteinbyggnadsblock var nödvändiga eller hur pentagonerna och Sexhörningar sammanfogas för att bilda kapsiden.
Regisserad av professor i strukturbiologi Peijun Zhang, utsatte Pittsburgh-teamet de grundläggande komponenterna i kapsiden för höga salthaltiga förhållanden, vilket ledde till att proteinerna sammanfogades i rör gjorda av sexhörningar. Andra experiment avslöjade interaktioner mellan specifika proteineregioner som är "grundläggande för kapselmontering och viral stabilitet och infektivitet", rapporterar forskarna.
Teamet utförde också en kryoelektronisk tomografi av hela kapsiden, skuren i sektioner för att få en ungefärlig uppfattning om dess allmänna form. Perilla och Schulten använde data från dessa experiment och från sina egna simuleringar av interaktioner mellan hexamerer och pentamerer för att genomföra en serie storskaliga datorsimuleringar som representerade de strukturella egenskaperna hos kapsidens byggstenar.
"Arbetet med att matcha den allmänna kapsiden, gjord av 64 miljoner atomer, med de olika experimentella uppgifterna kan bara göras genom datorsimulering med hjälp av en metod som vi har utvecklat som kallas flexibel justering av molekylär dynamik, " förklarade Schulten. Det är i grund och botten att simulera de fysiska egenskaperna och beteendet hos stora biologiska molekyler, förutom att integrera data i simuleringen så att modellen faktiskt rör sig mot en överensstämmelse med data. "
Simuleringarna avslöjade att HIV-kapsiden innehöll 216 hexagonproteiner och 12 pentagonproteiner arrangerade som experimentella data indikerade. Proteinerna som utgör dessa pentagoner och hexagoner var alla identiska men ändå varierade föreningsvinklarna mellan dem från en region av kapsiden till en annan. "Det är verkligen mysteriet, " sa Schulten. "Hur kan en enda typ av protein bilda något så varierat som detta? Proteinet måste vara i sig flexibelt."
Pentagonerna "inducerar ytans skarpa krökning", rapporterade forskarna, vilket tillåter kapsiden att vara en stängd struktur som inte skulle ha varit möjlig om kapsiden endast var sammansatt av hexagoner. Att inneha en detaljerad kemisk struktur av HIV-kapsiden gör det möjligt för forskare att ytterligare studera hur det fungerar, med konsekvenser för farmakologiska ingrepp för att störa den funktionen, sa Schulten.
"HIV-kapsiden har faktiskt två helt motsatta hus, " sade forskaren. "Det genetiska materialet måste skyddas, men när det väl kommer in i cellen måste det släppa det genetiska materialet vid en mycket god tid: inte för snabbt. det är bra, för långsamt är inte bra. " I detta avseende förklarade han att tidpunkten för öppningen av kapsiden är avgörande för virusets virulensgrad, så det är i det ögonblicket som det kanske kan störa bättre med HIV-infektion.
Källa:
Taggar:
Nyheter Familj Kolla Upp
Forskare har länge försökt förstå hur HIV-kapsiden är konstruerad och för detta har de använt en mängd olika laboratorietekniker, såsom elektronisk kryomikroskopi, kryo-MS-tomografi, kärnmagnetisk resonansspektroskopi och röntgenkristallografi, för att titta på enskilda delar av kapsiden för att avslöja detaljer och få en fullständig känsla.
Fram till petascale-superdatornas ankomst kunde ingen dock samla hela HIV-kapsiden, en uppsättning av mer än 1 300 identiska proteiner som bildar en konformad struktur, detaljerad på atomnivå. Simuleringar som lägger till de saknade bitarna i pusslet genomfördes under testen av 'Blue Waters', en ny superdator från National Center for Supercomputing Applications vid University of Illinois, i Urbana-Champaign, USA.
"Detta är en stor struktur, en av de största strukturerna som någonsin har lösts, " säger University of Illinois Physics professor Klaus Schulten, som tillsammans med postdoktor Juan R. Perilla genomförde molekylsimuleringarna av data. integrerad från laboratorieexperiment utförda av kollegor vid University of Pittsburgh och University of Vanderbilt, båda i USA. "Det var mycket tydligt att mycket av simuleringen skulle behövas, den största simuleringen som någonsin har publicerats. Deltagandet av 64 miljoner atomer, " sade han.
Tidigare forskning visade att HIV-kapsiden innehåller en serie identiska proteiner. Forskarna visste att proteiner är arrangerade i pentagoner och hexagoner och antog att pentagonerna bildar de mest avrundade hörnen av kapsiden bildar visao med ett elektronmikroskop, men visste inte hur många av dessa proteinbyggnadsblock var nödvändiga eller hur pentagonerna och Sexhörningar sammanfogas för att bilda kapsiden.
Regisserad av professor i strukturbiologi Peijun Zhang, utsatte Pittsburgh-teamet de grundläggande komponenterna i kapsiden för höga salthaltiga förhållanden, vilket ledde till att proteinerna sammanfogades i rör gjorda av sexhörningar. Andra experiment avslöjade interaktioner mellan specifika proteineregioner som är "grundläggande för kapselmontering och viral stabilitet och infektivitet", rapporterar forskarna.
Teamet utförde också en kryoelektronisk tomografi av hela kapsiden, skuren i sektioner för att få en ungefärlig uppfattning om dess allmänna form. Perilla och Schulten använde data från dessa experiment och från sina egna simuleringar av interaktioner mellan hexamerer och pentamerer för att genomföra en serie storskaliga datorsimuleringar som representerade de strukturella egenskaperna hos kapsidens byggstenar.
"Arbetet med att matcha den allmänna kapsiden, gjord av 64 miljoner atomer, med de olika experimentella uppgifterna kan bara göras genom datorsimulering med hjälp av en metod som vi har utvecklat som kallas flexibel justering av molekylär dynamik, " förklarade Schulten. Det är i grund och botten att simulera de fysiska egenskaperna och beteendet hos stora biologiska molekyler, förutom att integrera data i simuleringen så att modellen faktiskt rör sig mot en överensstämmelse med data. "
Simuleringarna avslöjade att HIV-kapsiden innehöll 216 hexagonproteiner och 12 pentagonproteiner arrangerade som experimentella data indikerade. Proteinerna som utgör dessa pentagoner och hexagoner var alla identiska men ändå varierade föreningsvinklarna mellan dem från en region av kapsiden till en annan. "Det är verkligen mysteriet, " sa Schulten. "Hur kan en enda typ av protein bilda något så varierat som detta? Proteinet måste vara i sig flexibelt."
Pentagonerna "inducerar ytans skarpa krökning", rapporterade forskarna, vilket tillåter kapsiden att vara en stängd struktur som inte skulle ha varit möjlig om kapsiden endast var sammansatt av hexagoner. Att inneha en detaljerad kemisk struktur av HIV-kapsiden gör det möjligt för forskare att ytterligare studera hur det fungerar, med konsekvenser för farmakologiska ingrepp för att störa den funktionen, sa Schulten.
"HIV-kapsiden har faktiskt två helt motsatta hus, " sade forskaren. "Det genetiska materialet måste skyddas, men när det väl kommer in i cellen måste det släppa det genetiska materialet vid en mycket god tid: inte för snabbt. det är bra, för långsamt är inte bra. " I detta avseende förklarade han att tidpunkten för öppningen av kapsiden är avgörande för virusets virulensgrad, så det är i det ögonblicket som det kanske kan störa bättre med HIV-infektion.
Källa:
.jpg)
