Первая точная симуляция вторжения вируса в клетку
Ученые впервые выяснили, что происходит с формой вируса при вторжении в клетку-хозяина. Это стало возможным благодаря эксперименту исследователей из Медицинского колледжа Пенсильванского университета и Медицинской школы Питтсбургского университета. Понимание изменений формы вируса может привести к созданию более эффективных противовирусных терапий.
Эксперимент был разработан для изучения того, как белковая оболочка вируса — его капсид — меняется, готовясь ввести свой генетический материал в клетку. Эти измененные вирусные частицы известны как А-частицы, или промежуточные формы входа вируса.
В предыдущих экспериментах воздействие на вирус экстремальной температурой или белками вызывало изменение формы всего капсида. Это были наиболее близкие к реальности симуляции вторжения вируса в клетку, доступные в то время.
«Используя эти лабораторные уловки, моя лаборатория и другие исследователи смогли создать высокодетальные структуры измененных вирусных частиц, но все эти методы запускали изменения капсида со всех сторон», — сказала Сьюзан Хафенштейн.
Хафенштейн выдвинула гипотезу, что в более реалистичной симуляции изменит форму только та часть вируса, которая взаимодействует с рецепторами на клетке.
В новом эксперименте исследователи симулировали поверхность клетки, используя искусственные мембраны, называемые нанодисками. Они встроили рецепторы человеческих клеток (белковые молекулы, пропускающие внешние сигналы в клетку) в нанодиски. Это первый случай, когда такой метод был использован для захвата вирусного капсида. Результаты были опубликованы в журнале Science Advances.
«У этого конкретного рецептора есть длинный хвост, который он погружает в клеточную мембрану. В нашем эксперименте он погрузил свой хвост в нанодиск, предоставив нам искусственную мембрану с нужным рецептором для связывания с вирусом», — объяснила Хафенштейн.
Затем исследователи добавили вирусные капсиды к мембранам с рецепторами и наблюдали за изменениями капсида с помощью техники визуализации — крио-электронной микроскопии.
Когда тысячи полученных 2D-изображений были собраны в 3D-модель капсида (процесс, аналогичный компьютерной томографии), оказалось, что ранее наблюдаемые изменения формы происходили только в точке связывания вируса с рецепторами.
«Наша работа показывает, что пора открывается только в этой одной точке взаимодействия с клеткой-хозяином. Именно это позволит капсиду высвободить генетический материал в клетку. Мы считаем, что нам удалось захватить первый физиологически точный вирусный капсид, готовый к входу в хозяина. Все частицы, которые мы изучали ранее, демонстрировали изменения по всему капсиду».
Наблюдение стало возможным благодаря недавнему усовершенствованию крио-электронной микроскопии — использованию прямого детектирования электронов.
«Этот способ съемки позволил нам делать очень быстрые снимки, которые затем можно скорректировать в идеальные данные. Теперь мы можем достигать атомарного разрешения с помощью крио-ЭМ».
В эксперименте использовался вирус Коксаки B3 (CVB3). CVB3 относится к пикорнавирусам — семейству быстро мутирующих малых РНК-вирусов, вызывающих заболевания от простуды до панкреатита и полиомиелита.
РНК-вирусы (группа, включающая и ВИЧ) меняются при каждой репликации. Эти быстро мутирующие вирусы могут ускользать от действия противовирусных препаратов.
Конечная цель — понять тонкости этапов жизненного цикла вируса, таких как проникновение в клетку-хозяина, и направить противовирусные препараты на эти конкретные этапы.
«Тогда, если вирус мутирует, чтобы избежать действия препарата, он также потеряет способность проникать в клетку».
Далее группа Хафенштейн планирует использовать нанодиск большего размера, чтобы запечатлеть процесс взаимодействия вируса с искусственной мембраной.
«Поскольку нанодиски в этих экспериментах были очень маленькими, мы не получили наилучшей картины взаимодействия, и это то, что нужно улучшить», — сказала она.
Она надеется, что это позволит выяснить «самый важный шаг — понять, что запускает высвобождение РНК в клетку».