Учёные пролили новый свет на сборку вирусных белковых оболочек

Новое понимание условий, контролирующих самосборку защитной оболочки вирусов, опубликовано в журнале eLife.

Исследование также выявляет факторы, которые могут вызвать неправильную самосборку вирусной белковой оболочки (капсида), что предотвращает репликацию вирусов. Результаты предполагают, что манипулирование этими факторами для индукции ошибок сборки может быть многообещающим новым подходом для подавления вирусных инфекций.

Вирусы состоят из цепочки нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключённой в белковую оболочку, которая в простейшем случае состоит из множества копий одного белка. Этот капсид защищает, переносит и доставляет вирусы к клетке-хозяину. Несмотря на кажущуюся простоту, вирусы способны выполнять множество сложных функций, необходимых для их репликации, — одна из них — способность капсида к самосборке. Структура правильно собранного капсида имеет очень точную архитектуру, в большинстве случаев сферическую, подобную икосаэдру с 20 идентичными треугольными гранями.

«Во время самосборки благоприятная энергия связывания конкурирует с энергетической стоимостью растущего края и упругими напряжениями, создаваемыми кривизной капсида», — объясняет ведущий автор Карлос Мендоса, исследователь из Национального автономного университета Мексики. «В результате во время сборки могут появляться неполные структуры, такие как открытые капсиды, а также цилиндрические или ленточные оболочки, что препятствует успешной репликации вирусов».

Предыдущие исследования самосборки капсидов в основном фокусировались на росте по шаблону на поверхности сферы или на анализе оптимальной формы конечного капсида. Они не учитывали потенциальную важность других «ингредиентов» для стабильности и формирования капсида, таких как линейное натяжение (энергетическая цена на единицу длины края растущего капсида), разность химических потенциалов (выигрыш в свободной энергии белков при сборке) или предпочтительная кривизна.

Чтобы восполнить этот пробел, Мендоса и его соавтор Давид Регера, профессор Университета Барселоны и Института сложных систем, Испания, проанализировали условия и механизмы, ведущие к ошибкам сборки пустых вирусных капсидов, учитывая все эти «ингредиенты». Их анализ показал, что самосборка капсида зависит от трёх факторов, которыми можно манипулировать, чтобы вызвать образование несферических и открытых оболочек.

«Мы обнаружили, что результат самосборки можно представить в виде универсальной фазовой диаграммы — типа диаграммы, которая показывает условия для успешной вирусной сборки и ключевые факторы, которые её предотвращают», — объясняет Регера. «Наши выводы углубляют понимание физики, контролирующей сборку изогнутых оболочек, и объясняют, почему вирусы с высоким механическим сопротивлением не могут быть собраны напрямую и нуждаются в процессе созревания, чтобы укрепить капсид и стать инфекционными».

Авторы добавляют, что их результаты применимы напрямую только к икосаэдрическим вирусам, таким как папилломавирус, полиомавирус и полиовирус, но не к вирусам со спиральными нуклеокапсидами, таким как SARS-CoV-2. Однако их работа закладывает основу для будущих исследований условий и химических агентов, необходимых для подавления различных типов вирусных инфекций путём предотвращения сборки капсида или индукции ошибок сборки.