Как поймать и обезвредить вирус

После проникновения вирусов в клетки происходят процессы репликации вирусного генома и синтеза структурных вирусных белков, из которых затем в процессе сборки формируются новые вирусы. Капсиды и внешние мембранные оболочки надежно защищают вирусные геномы, позволяя вирусам распространяться из клетки в клетку и передаваться от одного хозяина другому. Однако клетки человека иногда способны защититься от взаимодействия с вирусной частицей. Ученые выяснили, что белок человека под названием MxA изолирует вирусные компоненты таким образом, что сборка полноценных вирионов становится невозможной. Исследовательская группа Оливера Домке (Oliver Daumke) из Центра Молекулярной Медицины имени Макса Дельбрюка (Max Delbrueck Center for Molecular Medicine), а также их коллеги из Университета Фрейбурга (University of Freiburg) (Германия) подробно описали структуру белка MxA, которая поможет объяснить, как именно белок препятствует сборке вирусных частиц. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Свойства белка определяются его пространственной структурой и биохимическими особенностями. Синтез белковой молекулы начинается с построения линейной аминокислотной цепи (так называемая первичная структура белка), из которой в процессе фолдинга формируется определенная трехмерная (вторичная и третичная) структура. Ученые из Центра Молекулярной Медицины имени Макса Дельбрюка решили более подробно изучить трехмерную структуру белка MxA, чтобы выяснить, каким образом он связывается с вирусной частицей и осуществляет ее изоляцию.

Известно, что один из участков белка MxA имеет форму стержня, к которому присоединяется еще 4 субъединицы, образуя единый комплекс. Такие кластеры, состоящие из 4 субъединиц и «стержня», необходимы для связывания с вирусной частицей и сборки особой кольцевидной структуры, служащей для изоляции вируса. После того, как ученые сконструировали мутантную форму белка MxA с небольшими изменениями в «стержне» - участке белка, без которого сборка кольцевидной структуры невозможна, MxA утратил способность изолировать вирусные частицы.

Поскольку белки обладают малым размером, и их невозможно рассмотреть даже в самый мощный микроскоп, для выявления молекулярной структуры белка MxA ученые прибегли к методу рентгеновской кристаллографии. Метод основан на кристаллизации белка и последующем направлении на него рентгеновских лучей, по дифракции которых можно судить о его трехмерной структуре.

Получив трехмерное изображение «стержня», ученые обнаружили, что цепочка аминокислот в этом участке белка формирует длинные спирали, упакованные в структуру наподобие связки. Такой комплекс имеет три поверхности, к которым могут прикрепляться аналогичные структуры других молекул белка MxA. В результате такой сборки на одном конце белкового комплекса формируется область связывания с вирусными частицами, а другой конец остается подвижным (т.н. моторный конец) и работает за счет энергетических молекул ГТФ. Энергия затрачивается на связывание вирусных частиц.

Некоторые мутации в гене MxA приводят к изменению его активности, другие – нет. В результате исследования выяснилось, что, если генетические изменения в белке затрагивают «стержень», то белок теряет способность формировать кластеры, а также связываться с вирусными частицами.

Новые данные о белке MxA позволят ученым лучше изучить и другие белки, имеющие структуры типа стержня. Например, белок динамин, также использующий энергию молекул ГТФ, играет важную роль в процессах везикулярного транспорта. Многие белки, полисахариды и другие макромолекулы не способны напрямую пройти сквозь клеточные мембраны, поэтому их транспорт осуществляется посредством везикулярного переноса. Это означает, что в другую клетку или же из одного мембранного компартмента клетки в другой макромолекулы попадают заключенными в специальные пузырьки (везикулы).

Белок динамин, в частности, играет важную роль в передаче нервного импульса между нейронами, и мутации в его гене ассоциированы с различными нервными и мышечными заболеваниями. Сильное сходство участков типа «стержня» динамина и белка MxA позволило сделать некоторые выводы о функционировании динамина. Выяснилось, что именно благодаря сборке больших мультимолекулярных динаминовых комплексов, которая происходит с помощью «стержня», активируются моторные механизмы динамина (за счет энергии ГТФ), позволяющие везикулам отпочковываться от мембраны. Теперь ученые смогут использовать энергию ГТФ для искусственной активации моторных механизмов динамина и повышения активности везикулярного транспорта.



Структура в виде стержня белковой молекулы MxA (наверху). Этот участок соединяется с аналогичными структурами других молекул MxA. В нижней части схемы изображена кольцевидная структура, сформированная 32 молекулами белка MxA, соединенными друг с другом с помощью «стержней». Внутрь такой структуры помещается захваченный вирус, а внешняя ее сторона является моторной и работает за счет энергии ГТФ.

По материалам:
Maw Delbrueck Centrum fuer Moleculare Medizin

Оригинальная статья:
Gao S, von der Malsburg A, Paeschke S, Behlke J, Haller O, Kochs G, Daumke O. Structural basis of oligomerization in the stalk region of dynamin-like MxA. Nature. 2010 May 27; 465(7297):502-6.