Fredag den 31. maj 2013. Amerikanske forskere har bestemt den nøjagtige kemiske struktur af HIV-kapsiden, et proteinbelægning, der beskytter virusets genetiske materiale og er nøglen til dens virulens, et fund, der kan føre til nye måder at forsvare sig mod en ofte skiftende virus ifølge forsiden af tidsskriftet 'Nature'. Kapsiden er blevet et attraktivt mål for udvikling af nye antiretrovirale lægemidler.
Forskere har længe forsøgt at forstå, hvordan HIV-kapsiden er konstrueret, og til dette har de anvendt forskellige laboratorieteknikker, såsom elektronisk kryomikroskopi, kryo-MS-tomografi, nukleær magnetisk resonansspektroskopi og røntgenkrystallografi, for at se på individuelle dele af kapsiden for at afsløre detaljer og få en fuld fornemmelse.
Indtil ankomsten af petascale-supercomputere kunne ingen imidlertid samle hele HIV-kapsiden, et sæt med mere end 1.300 identiske proteiner, der danner en kegleformet struktur, detaljeret på atomniveau. Simuleringer, der tilføjer de manglende brikker i puslespillet, blev udført under prøverne af 'Blue Waters', en ny supercomputer fra National Center for Supercomputing Applications fra University of Illinois, i Urbana-Champaign, USA.
"Dette er en stor struktur, en af de største strukturer, der nogensinde er løst, " sagde professor i fysik fra University of Illinois Klaus Schulten, der sammen med postdoktor Juan R. Perilla gennemførte molekylsimuleringerne af dataene. integreret fra laboratorieeksperimenter udført af kolleger ved University of Pittsburgh og University of Vanderbilt, begge i USA. "Det var meget tydeligt, at der ville være behov for en masse af simuleringen, den største simulering nogensinde er blevet offentliggjort. Deltagelsen af 64 millioner atomer, " sagde han.
Tidligere forskning havde vist, at HIV-kapsiden indeholder en række identiske proteiner. Forskerne vidste, at proteinerne er arrangeret i pentagoner og hexagoner og antog, at pentagonerne udgør de mest afrundede hjørner af kapsiden fra visao med et elektronmikroskop, men vidste ikke, hvor mange af disse proteinbyggesten var nødvendige, eller hvordan pentagonerne og Sekskanter slutter sig sammen og danner kapsiden.
Instrueret af professor i strukturbiologi Peijun Zhang, udsatte Pittsburgh-teamet basidkomponenterne i kapsiden for høje saltholdighedsbetingelser, hvilket førte til, at proteinerne kom sammen i rør lavet af hexagoner. Andre eksperimenter afslørede interaktioner mellem specifikke proteineregioner, der er "grundlæggende for kapslingssamling og viral stabilitet og infektivitet", rapporterer forskerne.
Holdet udførte også en kryo-elektronisk tomografi af den komplette kapsid, skåret i sektioner for at få en omtrentlig idé om dens generelle form. Perilla og Schulten brugte data fra disse eksperimenter og deres egne simuleringer af interaktionen mellem hexamerer og pentamerer til at udføre en række storskala computersimuleringer, der repræsenterede de strukturelle egenskaber for kapselens byggesten.
"Arbejdet med at matche den generelle kapsid, lavet af 64 millioner atomer, med de forskellige eksperimentelle data kan kun udføres gennem computersimulering ved hjælp af en metode, vi har udviklet, kaldet fleksibel justering af molekylær dynamik, " forklarede Schulten. Det er dybest set at simulere de fysiske egenskaber og opførsel af store biologiske molekyler, ud over at inkorporere dataene i simuleringen, så modellen faktisk bevæger sig i retning af en overensstemmelse med dataene. "
Simuleringerne afslørede, at HIV-kapslen indeholdt 216 hexagon-proteiner og 12 pentagon-proteiner arrangeret som eksperimentelle data indikeret. Proteinerne, der udgør disse pentagoner og hexagoner, var alle identiske, men alligevel varierede sammenhængsvinklerne mellem dem fra en region af kapsiden til en anden. "Det er virkelig mysteriet, " sagde Schulten, "hvordan kan en enkelt type protein danne noget så varieret som dette? Proteinet skal være iboende fleksibelt."
Pentakonerne "inducerer den skarpe krumning af overfladen, " rapporterede forskerne, hvilket tillader, at kapsiden var en lukket struktur, som ikke ville have været mulig, hvis kapsiden kun var sammensat af hexagoner. Besiddelse af en detaljeret kemisk struktur af HIV-kapsiden vil give forskere mulighed for yderligere at studere, hvordan det fungerer, med følger for farmakologiske interventioner for at forstyrre denne funktion, sagde Schulten.
”HIV-kapsiden har faktisk to helt modsatte huse, ” sagde forskeren. ”Det genetiske materiale skal beskyttes, men når det først kommer ind i cellen, skal det frigive det genetiske materiale på et meget godt tidspunkt: ikke for hurtigt. det er godt, for langsomt er ikke godt. " I denne forbindelse forklarede han, at tidspunktet for åbning af kapsidet er vigtigt for virussens grad af virussen, så på det tidspunkt er det måske den bedste måde at forstyrre HIV-infektion.
Kilde:
Tags:
Cut-And-Barn Psykologi Familie
Forskere har længe forsøgt at forstå, hvordan HIV-kapsiden er konstrueret, og til dette har de anvendt forskellige laboratorieteknikker, såsom elektronisk kryomikroskopi, kryo-MS-tomografi, nukleær magnetisk resonansspektroskopi og røntgenkrystallografi, for at se på individuelle dele af kapsiden for at afsløre detaljer og få en fuld fornemmelse.
Indtil ankomsten af petascale-supercomputere kunne ingen imidlertid samle hele HIV-kapsiden, et sæt med mere end 1.300 identiske proteiner, der danner en kegleformet struktur, detaljeret på atomniveau. Simuleringer, der tilføjer de manglende brikker i puslespillet, blev udført under prøverne af 'Blue Waters', en ny supercomputer fra National Center for Supercomputing Applications fra University of Illinois, i Urbana-Champaign, USA.
"Dette er en stor struktur, en af de største strukturer, der nogensinde er løst, " sagde professor i fysik fra University of Illinois Klaus Schulten, der sammen med postdoktor Juan R. Perilla gennemførte molekylsimuleringerne af dataene. integreret fra laboratorieeksperimenter udført af kolleger ved University of Pittsburgh og University of Vanderbilt, begge i USA. "Det var meget tydeligt, at der ville være behov for en masse af simuleringen, den største simulering nogensinde er blevet offentliggjort. Deltagelsen af 64 millioner atomer, " sagde han.
Tidligere forskning havde vist, at HIV-kapsiden indeholder en række identiske proteiner. Forskerne vidste, at proteinerne er arrangeret i pentagoner og hexagoner og antog, at pentagonerne udgør de mest afrundede hjørner af kapsiden fra visao med et elektronmikroskop, men vidste ikke, hvor mange af disse proteinbyggesten var nødvendige, eller hvordan pentagonerne og Sekskanter slutter sig sammen og danner kapsiden.
Instrueret af professor i strukturbiologi Peijun Zhang, udsatte Pittsburgh-teamet basidkomponenterne i kapsiden for høje saltholdighedsbetingelser, hvilket førte til, at proteinerne kom sammen i rør lavet af hexagoner. Andre eksperimenter afslørede interaktioner mellem specifikke proteineregioner, der er "grundlæggende for kapslingssamling og viral stabilitet og infektivitet", rapporterer forskerne.
Holdet udførte også en kryo-elektronisk tomografi af den komplette kapsid, skåret i sektioner for at få en omtrentlig idé om dens generelle form. Perilla og Schulten brugte data fra disse eksperimenter og deres egne simuleringer af interaktionen mellem hexamerer og pentamerer til at udføre en række storskala computersimuleringer, der repræsenterede de strukturelle egenskaber for kapselens byggesten.
"Arbejdet med at matche den generelle kapsid, lavet af 64 millioner atomer, med de forskellige eksperimentelle data kan kun udføres gennem computersimulering ved hjælp af en metode, vi har udviklet, kaldet fleksibel justering af molekylær dynamik, " forklarede Schulten. Det er dybest set at simulere de fysiske egenskaber og opførsel af store biologiske molekyler, ud over at inkorporere dataene i simuleringen, så modellen faktisk bevæger sig i retning af en overensstemmelse med dataene. "
Simuleringerne afslørede, at HIV-kapslen indeholdt 216 hexagon-proteiner og 12 pentagon-proteiner arrangeret som eksperimentelle data indikeret. Proteinerne, der udgør disse pentagoner og hexagoner, var alle identiske, men alligevel varierede sammenhængsvinklerne mellem dem fra en region af kapsiden til en anden. "Det er virkelig mysteriet, " sagde Schulten, "hvordan kan en enkelt type protein danne noget så varieret som dette? Proteinet skal være iboende fleksibelt."
Pentakonerne "inducerer den skarpe krumning af overfladen, " rapporterede forskerne, hvilket tillader, at kapsiden var en lukket struktur, som ikke ville have været mulig, hvis kapsiden kun var sammensat af hexagoner. Besiddelse af en detaljeret kemisk struktur af HIV-kapsiden vil give forskere mulighed for yderligere at studere, hvordan det fungerer, med følger for farmakologiske interventioner for at forstyrre denne funktion, sagde Schulten.
”HIV-kapsiden har faktisk to helt modsatte huse, ” sagde forskeren. ”Det genetiske materiale skal beskyttes, men når det først kommer ind i cellen, skal det frigive det genetiske materiale på et meget godt tidspunkt: ikke for hurtigt. det er godt, for langsomt er ikke godt. " I denne forbindelse forklarede han, at tidspunktet for åbning af kapsidet er vigtigt for virussens grad af virussen, så på det tidspunkt er det måske den bedste måde at forstyrre HIV-infektion.
Kilde:
.jpg)
