Thứ Sáu, ngày 31 tháng 5 năm 2013. - Các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ đã xác định cấu trúc hóa học chính xác của HIV capsid, một lớp vỏ protein bảo vệ vật liệu di truyền của virus và là chìa khóa cho độc lực của nó, một phát hiện có thể dẫn đến những cách mới để chống lại một loại virus thường thay đổi, theo trang bìa của tạp chí 'Tự nhiên'. Các capsid đã trở thành một mục tiêu hấp dẫn để phát triển các loại thuốc kháng vi-rút mới.
Các nhà khoa học từ lâu đã cố gắng tìm hiểu cách thức capsid HIV được tạo ra và vì điều này, họ đã sử dụng nhiều kỹ thuật trong phòng thí nghiệm, chẳng hạn như nội soi bằng điện tử, chụp cắt lớp cryo-MS, quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân và tinh thể học tia X, để xem xét các bộ phận riêng lẻ của capsid để tiết lộ chi tiết và có được ý nghĩa hoàn chỉnh.
Tuy nhiên, cho đến khi các siêu máy tính petascale xuất hiện, không ai có thể thu thập toàn bộ capsid HIV, một bộ gồm hơn 1.300 protein giống hệt nhau tạo thành cấu trúc hình nón, chi tiết ở cấp độ nguyên tử. Mô phỏng thêm các mảnh còn thiếu trong câu đố đã được thực hiện trong các thử nghiệm của 'Blue Waters', một siêu máy tính mới từ Trung tâm Ứng dụng siêu máy tính quốc gia của Đại học Illinois, ở Urbana-Champaign, Hoa Kỳ.
"Đây là một cấu trúc lớn, một trong những cấu trúc lớn nhất từng được giải quyết", giáo sư vật lý của Đại học Illinois, Klaus Schulten, người, với nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Juan R. Perilla, đã tiến hành mô phỏng phân tử dữ liệu. được tích hợp từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm được thực hiện bởi các đồng nghiệp tại Đại học Pittsburgh và Đại học Vanderbilt, cả ở Hoa Kỳ. "Rõ ràng là sẽ cần rất nhiều mô phỏng, mô phỏng lớn nhất từng được công bố. Sự tham gia của 64 triệu nguyên tử", ông nói.
Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng capsid HIV chứa một loạt các protein giống hệt nhau. Các nhà khoa học biết rằng các protein được sắp xếp theo hình ngũ giác và hình lục giác và cho rằng các hình ngũ giác tạo thành các góc tròn mạnh nhất của capsid dưới dạng kính hiển vi điện tử, nhưng không biết có bao nhiêu khối xây dựng protein này là cần thiết hay làm thế nào các khối ngũ giác và Các hình lục giác tham gia để tạo thành capsid.
Được chỉ đạo bởi Giáo sư Sinh học cấu trúc Peijun Zhang, nhóm Pittsburgh đã đưa các thành phần cơ bản của capsid vào điều kiện độ mặn cao, dẫn đến các protein tham gia vào các ống làm từ hình lục giác. Các thí nghiệm khác cho thấy sự tương tác giữa các vùng protein cụ thể là "cơ bản cho sự lắp ráp capsid và sự ổn định và lây nhiễm của virus", báo cáo của các nhà nghiên cứu.
Nhóm nghiên cứu cũng thực hiện chụp cắt lớp cryoelectronic của capsid hoàn chỉnh, cắt theo từng phần để có được ý tưởng gần đúng về hình dạng chung của nó. Perilla và Schulten đã sử dụng dữ liệu từ các thí nghiệm này và từ các mô phỏng của chính họ về sự tương tác giữa hexamers và pentamers để thực hiện một loạt mô phỏng máy tính quy mô lớn đại diện cho các thuộc tính cấu trúc của các khối xây dựng của capsid.
Schulten giải thích: "Công việc khớp với capsid chung, được tạo thành từ 64 triệu nguyên tử, với các dữ liệu thực nghiệm khác nhau chỉ có thể được thực hiện thông qua mô phỏng máy tính bằng phương pháp mà chúng tôi đã phát triển được gọi là điều chỉnh linh hoạt động lực phân tử". Về cơ bản, nó là để mô phỏng các đặc tính và hành vi vật lý của các phân tử sinh học lớn, ngoài việc kết hợp dữ liệu vào mô phỏng để mô hình thực sự di chuyển theo hướng phù hợp với dữ liệu. "
Các mô phỏng cho thấy capsid HIV chứa 216 protein hình lục giác và 12 protein hình ngũ giác được sắp xếp như dữ liệu thực nghiệm được chỉ định. Các protein tạo nên các hình ngũ giác và hình lục giác này đều giống hệt nhau, tuy nhiên, góc độ liên kết giữa chúng thay đổi từ vùng này sang vùng khác. "Đó thực sự là bí ẩn", Schulten nói, "Làm thế nào một loại protein duy nhất có thể tạo thành thứ gì đó đa dạng như thế này? Protein phải linh hoạt vốn có."
Các hình ngũ giác "tạo ra độ cong sắc nét của bề mặt", các nhà nghiên cứu báo cáo, cho phép capsid là một cấu trúc khép kín không thể có được nếu capsid chỉ bao gồm các hình lục giác. Việc sở hữu cấu trúc hóa học chi tiết của capsid HIV sẽ cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu thêm về cách thức hoạt động của nó, với hàm ý can thiệp dược lý để phá vỡ chức năng đó, Schulten nói.
"Các capsid HIV thực sự có hai ngôi nhà hoàn toàn đối lập", nhà nghiên cứu nói: "Vật liệu di truyền phải được bảo vệ, nhưng một khi nó xâm nhập vào tế bào, nó phải giải phóng vật liệu di truyền vào thời điểm rất tốt: không quá nhanh. nó tốt, quá chậm là không tốt. " Về vấn đề này, ông giải thích rằng thời điểm mở capsid là điều cần thiết cho mức độ độc lực của virus, vì vậy tại thời điểm đó có lẽ là cách tốt nhất để can thiệp vào nhiễm HIV.
Nguồn:
Tags:
Dinh dưỡng CắT-Và-Con Khác Nhau
Các nhà khoa học từ lâu đã cố gắng tìm hiểu cách thức capsid HIV được tạo ra và vì điều này, họ đã sử dụng nhiều kỹ thuật trong phòng thí nghiệm, chẳng hạn như nội soi bằng điện tử, chụp cắt lớp cryo-MS, quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân và tinh thể học tia X, để xem xét các bộ phận riêng lẻ của capsid để tiết lộ chi tiết và có được ý nghĩa hoàn chỉnh.
Tuy nhiên, cho đến khi các siêu máy tính petascale xuất hiện, không ai có thể thu thập toàn bộ capsid HIV, một bộ gồm hơn 1.300 protein giống hệt nhau tạo thành cấu trúc hình nón, chi tiết ở cấp độ nguyên tử. Mô phỏng thêm các mảnh còn thiếu trong câu đố đã được thực hiện trong các thử nghiệm của 'Blue Waters', một siêu máy tính mới từ Trung tâm Ứng dụng siêu máy tính quốc gia của Đại học Illinois, ở Urbana-Champaign, Hoa Kỳ.
"Đây là một cấu trúc lớn, một trong những cấu trúc lớn nhất từng được giải quyết", giáo sư vật lý của Đại học Illinois, Klaus Schulten, người, với nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Juan R. Perilla, đã tiến hành mô phỏng phân tử dữ liệu. được tích hợp từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm được thực hiện bởi các đồng nghiệp tại Đại học Pittsburgh và Đại học Vanderbilt, cả ở Hoa Kỳ. "Rõ ràng là sẽ cần rất nhiều mô phỏng, mô phỏng lớn nhất từng được công bố. Sự tham gia của 64 triệu nguyên tử", ông nói.
Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng capsid HIV chứa một loạt các protein giống hệt nhau. Các nhà khoa học biết rằng các protein được sắp xếp theo hình ngũ giác và hình lục giác và cho rằng các hình ngũ giác tạo thành các góc tròn mạnh nhất của capsid dưới dạng kính hiển vi điện tử, nhưng không biết có bao nhiêu khối xây dựng protein này là cần thiết hay làm thế nào các khối ngũ giác và Các hình lục giác tham gia để tạo thành capsid.
Được chỉ đạo bởi Giáo sư Sinh học cấu trúc Peijun Zhang, nhóm Pittsburgh đã đưa các thành phần cơ bản của capsid vào điều kiện độ mặn cao, dẫn đến các protein tham gia vào các ống làm từ hình lục giác. Các thí nghiệm khác cho thấy sự tương tác giữa các vùng protein cụ thể là "cơ bản cho sự lắp ráp capsid và sự ổn định và lây nhiễm của virus", báo cáo của các nhà nghiên cứu.
Nhóm nghiên cứu cũng thực hiện chụp cắt lớp cryoelectronic của capsid hoàn chỉnh, cắt theo từng phần để có được ý tưởng gần đúng về hình dạng chung của nó. Perilla và Schulten đã sử dụng dữ liệu từ các thí nghiệm này và từ các mô phỏng của chính họ về sự tương tác giữa hexamers và pentamers để thực hiện một loạt mô phỏng máy tính quy mô lớn đại diện cho các thuộc tính cấu trúc của các khối xây dựng của capsid.
Schulten giải thích: "Công việc khớp với capsid chung, được tạo thành từ 64 triệu nguyên tử, với các dữ liệu thực nghiệm khác nhau chỉ có thể được thực hiện thông qua mô phỏng máy tính bằng phương pháp mà chúng tôi đã phát triển được gọi là điều chỉnh linh hoạt động lực phân tử". Về cơ bản, nó là để mô phỏng các đặc tính và hành vi vật lý của các phân tử sinh học lớn, ngoài việc kết hợp dữ liệu vào mô phỏng để mô hình thực sự di chuyển theo hướng phù hợp với dữ liệu. "
Các mô phỏng cho thấy capsid HIV chứa 216 protein hình lục giác và 12 protein hình ngũ giác được sắp xếp như dữ liệu thực nghiệm được chỉ định. Các protein tạo nên các hình ngũ giác và hình lục giác này đều giống hệt nhau, tuy nhiên, góc độ liên kết giữa chúng thay đổi từ vùng này sang vùng khác. "Đó thực sự là bí ẩn", Schulten nói, "Làm thế nào một loại protein duy nhất có thể tạo thành thứ gì đó đa dạng như thế này? Protein phải linh hoạt vốn có."
Các hình ngũ giác "tạo ra độ cong sắc nét của bề mặt", các nhà nghiên cứu báo cáo, cho phép capsid là một cấu trúc khép kín không thể có được nếu capsid chỉ bao gồm các hình lục giác. Việc sở hữu cấu trúc hóa học chi tiết của capsid HIV sẽ cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu thêm về cách thức hoạt động của nó, với hàm ý can thiệp dược lý để phá vỡ chức năng đó, Schulten nói.
"Các capsid HIV thực sự có hai ngôi nhà hoàn toàn đối lập", nhà nghiên cứu nói: "Vật liệu di truyền phải được bảo vệ, nhưng một khi nó xâm nhập vào tế bào, nó phải giải phóng vật liệu di truyền vào thời điểm rất tốt: không quá nhanh. nó tốt, quá chậm là không tốt. " Về vấn đề này, ông giải thích rằng thời điểm mở capsid là điều cần thiết cho mức độ độc lực của virus, vì vậy tại thời điểm đó có lẽ là cách tốt nhất để can thiệp vào nhiễm HIV.
Nguồn:
