Пятница, 23 февраля, 2024
ДомойБиологияРаскрытие секретов поксвируса: решающая роль А10 в битве

Раскрытие секретов поксвируса: решающая роль А10 в битве

- Advertisement -

Структура корового белка А10 поксвируса. Три субъединицы тримера (окрашенные по-разному) представлены как моделируемые крио-ЭМ поверхности. Поверхность крио-ЭМ становится все более видимой с каждым субблоком. Фото: © Джесси Хансен

Недавнее повторное появление и вспышка Mpox вернули поксвирусы в качестве угрозы общественному здравоохранению, подчеркнув важный пробел в знаниях по их сути. Теперь группа исследователей из Австрийского института науки и технологий (ISTA) приоткрыла загадку архитектуры ядра поксвируса, объединив различные методы криоэлектронной микроскопии с молекулярным моделированием. Результаты, опубликованные в Природная структурная и молекулярная биологияможет способствовать будущим исследованиям в области терапии, нацеленной на ядро ​​поксвируса.

Вариола вирус, самый печально известный поксвирус и один из самых смертоносных вирусов, поражавших людей, сеял хаос, вызывая оспу, пока она не была искоренена в 1980 году. Искоренение удалось благодаря обширной кампании вакцинации с использованием другого поксвируса, метко названного вирусом оспы. Повторное появление и вспышка вируса Mpox в 2022–2023 годах еще раз напомнили нам, что вирусы находят способы вернуться на передний план в качестве угроз общественному здравоохранению. Важно отметить, что это высветило фундаментальные вопросы о поксвирусах, которые до сих пор остаются без ответа.

Один из таких фундаментальных вопросов лежит в буквальном смысле в основе дела: «Мы знаем, что для того, чтобы поксвирусы были заразными, их вирусное ядро ​​должно быть правильно сформировано. Но из чего состоит это ядро ​​поксвируса и как его отдельные компоненты собираются вместе и функционируют?» — спрашивает доцент ISTA Флориан Шур, автор исследования.

Шур и его команда теперь указали на недостающее звено: белок под названием А10. Интересно, что А10 является общим для всех клинически значимых поксвирусов.

Кроме того, исследователи обнаружили, что А10 действует как один из основных строительных блоков ядра поксвируса. Эти знания могут сыграть важную роль в будущих исследованиях терапевтических средств, нацеленных на ядро ​​поксвируса.

Криоэлектронная томограмма целого вируса коровьей оспы. Вид сбоку на вирус и ядро. Внутренняя стенка ядра окрашена в розовый цвет, а вирусная ДНК — в зеленый. Фото: © Юлия Датлер

«Самые передовые методы крио-ЭМ, доступные сегодня»

Вирусное ядро ​​является одним из факторов, общих для всех инфекционных форм поксвируса. «Предыдущие эксперименты в области вирусологии, биохимии и генетики позволили предположить наличие нескольких основных белков-кандидатов для поксвирусов, но экспериментально полученных структур не было», — говорит аспирантка ISTA Джулия Датлер, одна из первых авторов исследования.

Таким образом, команда начала с компьютерного прогнозирования моделей основных кандидатов на ядро ​​белка, используя теперь известный инструмент молекулярного моделирования на основе искусственного интеллекта AlphaFold.

Параллельно Датлер закладывала биохимические и структурные основы проекта, опираясь на свой опыт в вирусологии и основной опыт группы Шура: криогенную электронную микроскопию, или сокращенно крио-ЭМ.

Криоэлектронная томограмма целого вируса коровьей оспы. Вид сверху на вирус и ядро. Внутренняя стенка ядра окрашена в розовый цвет, а вирусная ДНК — в зеленый. Фото: © Юлия Датлер

«Мы интегрировали многие из самых передовых методов крио-ЭМ, доступных сегодня, с молекулярным моделированием AlphaFold. Это впервые дало нам подробное общее представление о ядре поксвируса – «безопасном» или «биореакторе» внутри вируса, который окружает вирусный геном и высвобождает его в инфицированных клетках», — говорит Шур.

«Это была своего рода авантюра, но в конечном итоге нам удалось найти правильное сочетание методов для изучения этого сложного вопроса», — говорит постдок Джесси Хансен, соавтор исследования, чей опыт в различных методах структурной биологии и методах обработки изображений был имеет решающее значение для проекта.

Доцент ISTA Флориан Шур (слева) и соавторы Джулия Датлер и Джесси Хансен. Фото: © ИСТА

Глобальный 3D-вид поксвируса

Исследователи ISTA исследовали «живые» зрелые вирионы вируса коровьей оспы и очищенные ядра поксвирусов под всеми возможными углами – в буквальном смысле.

«Мы объединили «классическую» одночастичную криоЭМ, криоэлектронную томографию, усреднение субтомограмм и анализ AlphaFold, чтобы получить общее представление о ядре поксвируса», — говорит Датлер. С помощью криоэлектронной томографии исследователи могут воссоздать трехмерные объемы биологического образца размером с целый вирус, получая изображения и постепенно наклоняя образец.

«Это похоже на компьютерную томографию вируса», — говорит Хансен. «Криоэлектронная томография, «специализация» нашей лаборатории, позволила нам получить разрешение нанометрового уровня всего вируса, его ядра и внутренней части», — говорит Шур.

Кроме того, исследователи смогли подогнать модели AlphaFold к наблюдаемым формам, как головоломку, и идентифицировать молекулы, составляющие ядро ​​поксвируса. Среди них в качестве одного из основных компонентов выделялся основной белок-кандидат A10. «Мы обнаружили, что A10 определяет ключевые структурные элементы ядра поксвирусов», — говорит Датлер.

Шур добавляет: «Эти результаты являются отличным ресурсом для интерпретации структурных и вирусологических данных, полученных за последние десятилетия».

Авторы исследования из ISTA. Слева направо: Флориан Шур, Виктор-Валентин Ходирнау, Лукас Бауэр, Юлия Датлер, Джесси Хансен, Андреас Тадер, Алоис Шлёгль. Фото: © ИСТА

Трудный путь к обнаружению ядер поксвируса

Путь к этим открытиям был практически простым. «Нам нужно было с самого начала найти свой путь», — говорит Датлер.

Используя свой опыт в области биохимии, вирусологии и структурной биологии, Датлер выделила, размножила и очистила образцы вируса коровьей оспы и разработала протоколы для очистки полного вирусного ядра, одновременно оптимизируя эти образцы для структурных исследований. «Структурно изучать эти вирусные ядра было чрезвычайно сложно. Но, к счастью, наша настойчивость и оптимизм окупились», — говорит Хансен.

Исследователи ISTA убеждены, что их результаты могут обеспечить платформу знаний для будущих терапевтических средств, нацеленных на ядра поксвирусов.

«Например, можно подумать о лекарствах, которые препятствуют сборке ядра или даже разборке и высвобождению вирусного ядра. ДНК во время заражения. В конечном счете, фундаментальные вирусные исследования, проводимые здесь, позволяют нам лучше подготовиться к возможным будущим вирусным вспышкам», — заключает Шур.

Ссылка: «Мультимодальная крио-ЭМ выявляет тримеры белка А10, образующие палисадный слой в ядрах поксвирусов», Джулия Датлер, Джесси М. Хансен, Андреас Тадер, Алоис Шлёгль, Лукас В. Бауэр, Виктор-Валентин Ходирнау и Флориан К.М. Шур, 5 февраля 2024 г., Природная структурная и молекулярная биология.
DOI: 10.1038/s41594-023-01201-6

Все авторы этой работы связаны с Институтом науки и технологий Австрии (ISTA). Работа представляет собой результат сотрудничества членов группы Шура (Юлия Датлер, Джесси М. Хансен, Андреас Тадер, Лукас В. Бауэр, Флориан К.М. Шур), Научно-вычислительного отдела (Алоис Шлёгль) и Центра электронной микроскопии (Виктор- Валентин Годыров).

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме