Моделирование слияния ВИЧ с клеткой
Междисциплинарная группа исследователей из Индийского института науки (IISc) использовала сложные компьютерные симуляции, чтобы понять, как ВИЧ, вирус, вызывающий СПИД, сливается с мембраной клетки-хозяина. Исследование, опубликованное в Journal of Chemical Information and Modeling, фокусируется на процессе, называемом gp41-опосредованным слиянием мембран.
Белок gp41, ключевой компонент оболочечного белка ВИЧ (Env), необходим для слияния вирусной мембраны с мембраной иммунной клетки-хозяина (Т-клетки). Этот шаг критически важен для вторжения ВИЧ и последующей репликации внутри клетки. «Если заблокировать слияние, опосредованное gp41, то всё вторжение можно остановить на этом этапе», — объясняет Бисваджит Горай, первый автор исследования.
Хотя многое известно о молекулярных деталях проникновения вируса, оптимальная стехиометрия — баланс компонентов, необходимый для заражения, — оставалась неясной. «Мы хотели выяснить, сколько единиц gp41 требуется для осуществления этого процесса», — говорит профессор Прабал К. Майти, руководитель исследования.
Оболочечный белок ВИЧ собирается в трёхчастную структуру, где каждая единица содержит один белок gp41. Во время слияния gp41, по-видимому, сворачивается в структуру шестиспирального пучка, которая считается необходимой для слияния мембран.
Команда сначала построила вычислительные модели мембран ВИЧ и клетки-хозяина, а затем смоделировала процесс слияния. Начиная с базового сценария без gp41 на мембране ВИЧ, авторы постепенно добавляли в симуляцию единицы gp41. Они обнаружили, что для слияния необходимо и достаточно, чтобы как минимум три единицы gp41 действовали кооперативно.
Впервые команда также создала модели мембран ВИЧ и клетки-хозяина с липидным составом, почти идентичным биологическим мембранам. Используя разные модели мембран, авторы показали, что успешно сливаются только мембраны с таким идентичным составом, что указывает на критическую роль липидного состава для слияния.
Исследователи также проанализировали характер переноса липидов во время слияния и обнаружили, что трио единиц gp41 вызывает изменения в структуре и расположении липидов в месте слияния. Наконец, с помощью математических расчётов команда выяснила, что присутствие gp41 снижает энергию, необходимую для слияния, примерно в четыре раза, делая этот процесс более выгодным.
В настоящее время команда работает над выявлением мутаций, которые можно внести в gp41, чтобы заблокировать этап слияния. Они также надеются разработать антитела, способные предотвратить заражение.