Структура сферических вирусов не так идеальна, как считалось
Определение структуры вируса — ключевой шаг для понимания и лечения вирусных заболеваний. Десятилетиями структурные биологи использовали криоэлектронную микроскопию для создания всё более точных изображений биомолекул, но одно из их ключевых допущений могло быть ошибочным.
Считалось, что флавивирусы, такие как вирусы денге и Зика, являются симметричными икосаэдрами (фигурами с 20 идентичными гранями) на основе данных микроскопии. Однако, согласно новому исследованию в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, эти икосаэдрические вирусы могут быть не идеально симметричными.
«До сих пор все подобные вирусы, которые когда-либо изучались, рассматривались в предположении, что они обладают икосаэдрической симметрией. Теперь мы понимаем, что это приближение — оно не совсем точно. Большая доля вирусов является почти икосаэдрической, и только сейчас мы начинаем видеть детали», — сказал Майкл Россманн, профессор биологических наук Университета Пердью.
Исследовательская группа, включая Ричарда Куна, также профессора Университета Пердью, использовала крио-ЭМ для определения структур незрелой и зрелой форм вируса Куньин (штамма вируса Западного Нила). Они следовали стандартным процедурам до финального этапа обработки данных микроскопа для генерации структуры. Там, где обычно применяется требование симметрии, учёные отказались от него.
Мэтью Теркельсен, аспирант и ведущий автор статьи, впервые заметил нечто необычное, определяя структуру антитела, связанного с незрелым вирусом. Изображения показали, что антитело предпочитает связываться с одной стороны частицы, и эта сторона была немного размытой.
«Тот факт, что антитело, казалось, предпочитало одну сторону частицы, и что эта сторона имела необычную плотность, заставил меня усомниться в предположениях об икосаэдрической симметрии. После этого я начал делать асимметричные реконструкции», — сказал Теркельсен.
Он обнаружил нечто похожее на «пупок» на внешней оболочке вируса.
Это отклонение от симметрии может быть связано со способом производства вируса. Когда оболочечные вирусы собирают новые частицы, они погружаются в клеточную мембрану и выталкиваются, пока не создадут свой собственный защитный слой. Когда этот слой почти полностью закрыт, вирус делает последний толчок и отпочковывается от мембраны.
Исследователи полагают, что именно в этот момент, когда новая вирусная мембрана пытается замкнуться, ранее идеальная структура вируса немного искажается.
«Шейка этой отпочковывающейся частицы становится очень узкой, и гликопротеины, окружающие оболочку, начинают сталкиваться друг с другом. Мы думаем, что они могут не захватить правильное количество белков для формирования икосаэдра, и результатом становится частица с искажением на одной стороне», — пояснил Кун.
Хотя и у незрелого, и у зрелого вируса был «пупок» на внешнем слое, у незрелого вируса был ещё один дефект. Ядерная структура вируса, нуклеокапсид, находится не в центре оболочки — она смещена ближе к мембране с одной стороны.
Некоторые другие вирусы также имеют смещённые нуклеокапсиды, но флавивирус уникален тем, что его ядро меняет положение по мере «взросления» вируса. Созревание — важная часть жизненного цикла вируса, и эти находки могут пролить свет на процессы, происходящие в этот период, и их значение.
Учёные считают, что эти открытия откроют путь для будущих экспериментов. Помимо истинных структур многих, если не всех, икосаэдрических вирусов, остаётся много неизвестного. Имеет ли уникальный полюс вируса функцию при связывании со следующей клеткой? Облегчает ли он связывание с рецептором? Влияет ли он на выход РНК внутри? Эти детали важны для понимания жизненного цикла флавивирусов.