Каждый год эпидемии, вызванные вирусом гриппа, распространяются по всему земному шару. Постоянно появляются новые штампы вируса, что делает его устойчивым к вакцинам. Исследователи из университета Rice решили определить точный механизм воздействия вируса гриппа на организм хозяина. Определение этого механизма может помочь разработать эффективную вакцину для предотвращения развития и распространения вируса гриппа.
С помощью компьютерной модели, разработанной учеными, можно было отследить как вирус действовал подобно «троянскому коню», скрывая от иммунных клеток организма хозяина свои колосовидные гликопротеиды (гемагглютинины), которые находятся на поверхности вируса. Когда гемагглютинин вступает в контакт с клетками человека, он освобождает скрытые пептиды, которые инициируют инфекцию. Гемагглютинины в начале процесса бывают полностью сложенными. Именно этот процесс и заинтересовал ученых.
Строительные белки в основном состоят из 20 аминокислот. Преобразовываясь в структурные цепи, эти аминокислоты создают различные комбинации последовательностей. Используя энергетическую теорию ландшафта, исследователи смогли рассчитать, сколько энергии потребляет каждая аминокислота в цепочке, а также влияние окружающей среды. Используя эту теорию, а также другие алгоритмы исследователи смогли определить, как развернутая цепь аминокислот сворачивается и преобразовывает молекулу белка. Предыдущие попытки изучить начальные и конечные структуры гемагглютинина были безуспешными из-за высокой скорости преобразования аминокислот в молекулу белка.
Во время разворачивания и складывания гемагглютинина ученые обнаружили, что части белка разрываются, образуя «трещины» и области слияния пептидов.
«Пептиды слияния являются наиболее важной частью молекулы», — пишет один из авторов исследования Джеффри Ноэль. «Гемагглютинины прикреплены к вирусной мембране, и когда эти пептиды освобождаются, они внедряются в оболочки клетки-мишени, создавая связь между ними.»
Когда это происходит, полисахаридные рецепторы на клетках-хозяевах признают гемагглютинин, и весь вирус внедряется в клетки. Первоначально, часть белка образует подобие «шапки», которая защищает внутри себя сегменты вируса. Кислотные условия в клетке приводят к расщеплению этой «шапки», и белок начинает разворачиваться, а затем повторно сворачиваться в совершенно новой форме. Выпуск пептида слияния, который изначально скрыт внутри гемагглютинина, инициирует эти конформационные изменения.
Использование рентгеновской кристаллографии позволило учёным проследить каждый шаг гемагглютинина от складывания до разворачивания и обратный процесс, а также освобождение пептидов слияния.
Постоянные мутации в «шапке» вируса создают возможность для «ускользания» его от лечения. Но внутреннее ядро белка может быть более консервативным, считают авторы. Исследователи стараются ориентироваться на изучение частей вируса, которые он не может позволить себе изменить. Авторы связывают большие надежды с разработкой терапевтических средств, которые могут привести к созданию универсальной вакцины против гриппа.
Кроме гриппа, вирусы ВИЧ и Эбола также могут иметь механизм слияния мембран. Поэтому комплексное исследование вируса гриппа также может привести к пониманию методов лечения и других вирусов.
ПОДРОБНЕЕ В НАУЧНОЙ СТАТЬЕ:
Lin X., Eddy N., Noel J. et al. Order and disorder control the functional rearrangement of influenza hemagglutinin // PNAS — 2014
