พวกเขาพบกุญแจสู่ความรุนแรงของเชื้อเอชไอวี

วันศุกร์ที่ 31 พฤษภาคม 2013 นักวิจัยสหรัฐได้กำหนดโครงสร้างทางเคมีที่แน่นอนของ HIV capsid ซึ่งเป็นชั้นเคลือบโปรตีนที่ช่วยปกป้องสารพันธุกรรมของไวรัสและเป็นกุญแจสำคัญสู่ความรุนแรงของการค้นพบที่อาจนำไปสู่วิธีใหม่ในการป้องกัน ไวรัสที่เปลี่ยนแปลงอยู่บ่อยครั้งอ้างอิงจากหน้าปกของวารสาร 'ธรรมชาติ' capsid ได้กลายเป็นเป้าหมายที่น่าสนใจสำหรับการพัฒนายาต้านไวรัสตัวใหม่

นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามที่จะทำความเข้าใจวิธีสร้าง capsid เอชไอวีและพวกเขาได้ใช้เทคนิคในห้องปฏิบัติการที่หลากหลายเช่น cryomicroscopy อิเล็กทรอนิกส์, cryo-MS tomography, เรโซแนนซ์สนามแม่เหล็กเรโซแนนซ์นิวเคลียร์และ X-ray crystallography แต่ละส่วนของ capsid เพื่อเปิดเผยรายละเอียดและรับความรู้สึกที่สมบูรณ์
อย่างไรก็ตามจนถึงการมาถึงของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ petascale ไม่มีใครสามารถรวบรวม HIV capsid ทั้งชุดซึ่งมีโปรตีนที่เหมือนกันมากกว่า 1, 300 ชนิดที่ก่อตัวเป็นรูปทรงกรวยซึ่งมีรายละเอียดในระดับอะตอม การจำลองที่เพิ่มชิ้นส่วนที่ขาดหายไปในตัวต่อถูกดำเนินการในระหว่างการทดสอบ 'Blue Waters' ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องใหม่จาก National Center for Supercomputing Applications ของ University of Illinois ใน Urbana-Champaign สหรัฐอเมริกา
"นี่เป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ซึ่งเป็นหนึ่งในโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีการแก้ไข" ศาสตราจารย์ Klaus Schulten จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ฟิสิกส์กล่าวพร้อมด้วย Juan R. Perilla นักวิจัยหลังปริญญาเอกทำการจำลองโมเลกุลของข้อมูล ผสมผสานจากการทดลองในห้องปฏิบัติการที่ดำเนินการโดยเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์กและมหาวิทยาลัยแวนเดอร์บิลต์ทั้งในสหรัฐอเมริกา "เป็นที่ชัดเจนว่าการจำลองจำนวนมากนั้นจำเป็นต้องมีการจำลองที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมาการมีส่วนร่วมของอะตอม 64 ล้านตัว" เขากล่าว
การวิจัยก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่า capsid เอชไอวีมีชุดของโปรตีนที่เหมือนกัน นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าโปรตีนนั้นถูกจัดเรียงในรูปห้าเหลี่ยมและรูปหกเหลี่ยมและสันนิษฐานว่ารูปห้าเหลี่ยมของรูปทรงกลมที่แกร่งที่สุดของรูปแบบ capsid visao ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แต่ไม่ทราบจำนวนหน่วยสร้างโปรตีนเหล่านี้มีความจำเป็นอย่างไร Hexagons เข้าร่วมเพื่อสร้าง capsid
กำกับโดยศาสตราจารย์วิชาชีววิทยาโครงสร้าง Peijun จางทีมพิตต์สเบิร์กเปิดเผยองค์ประกอบพื้นฐานของ capsid ถึงความเค็มสูงนำโปรตีนเข้าร่วมในหลอดที่ทำจากรูปหกเหลี่ยม การทดลองอื่น ๆ เปิดเผยปฏิสัมพันธ์ระหว่างพื้นที่เฉพาะของโปรตีนที่เป็น "พื้นฐานของการชุมนุม capsid และเสถียรภาพของไวรัสและการติดเชื้อ" นักวิจัยรายงาน
ทีมยังได้ทำการตรวจเอกซเรย์ด้วยความเย็นจากแคปไซด์ที่สมบูรณ์แล้วตัดส่วนเพื่อให้ได้แนวคิดโดยทั่วไปเกี่ยวกับรูปร่างทั่วไป Perilla และ Schulten ใช้ข้อมูลจากการทดลองเหล่านี้และจากการจำลองสถานการณ์ของตัวเองระหว่าง hexamers และ pentamers เพื่อทำชุดจำลองคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่แสดงคุณสมบัติเชิงโครงสร้างของหน่วยการสร้างของ capsid
“ งานจับคู่แคปซิดทั่วไปประกอบด้วยอะตอม 64 ล้านอะตอมโดยข้อมูลการทดลองต่าง ๆ สามารถทำได้ผ่านการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์โดยใช้วิธีการที่เราพัฒนาขึ้นเรียกว่าการปรับระดับโมเลกุลที่ยืดหยุ่น” Schulten อธิบาย โดยพื้นฐานแล้วเป็นการจำลองลักษณะทางกายภาพและพฤติกรรมของโมเลกุลชีวภาพขนาดใหญ่นอกเหนือจากการรวมข้อมูลเข้ากับการจำลองเพื่อให้แบบจำลองเคลื่อนไปสู่ความสอดคล้องกับข้อมูล "
จากการจำลองพบว่า capsid เอชไอวีประกอบด้วยโปรตีนหกเหลี่ยม 216 อันและโปรตีนรูปห้าเหลี่ยม 12 รูปที่ถูกจัดเรียงตามข้อมูลการทดลองที่ระบุ โปรตีนที่ประกอบขึ้นเป็นเพนตากอนและรูปหกเหลี่ยมเหล่านี้ล้วน แต่เหมือนกัน แต่มุมของสหภาพระหว่างพวกมันแปรผันจากภาคหนึ่งของแคปซิดไปอีกอัน “ นั่นเป็นความลึกลับจริงๆ” Schulten กล่าว“ โปรตีนชนิดเดียวสามารถสร้างบางสิ่งบางอย่างที่หลากหลายเช่นนี้ได้อย่างไรโปรตีนจะต้องมีความยืดหยุ่นโดยเนื้อแท้”
เพนตากอน "กระตุ้นให้เกิดความโค้งของพื้นผิว" นักวิจัยรายงานว่าทำให้แคปไซด์เป็นโครงสร้างปิดที่ไม่สามารถทำได้ถ้าแคปไซด์นั้นประกอบไปด้วยรูปหกเหลี่ยมเท่านั้น การครอบครองโครงสร้างทางเคมีโดยละเอียดของ capsid เอชไอวีจะช่วยให้นักวิจัยศึกษาเพิ่มเติมว่ามันทำงานอย่างไรโดยมีความหมายสำหรับการแทรกแซงทางเภสัชวิทยาเพื่อขัดขวางการทำงานของมัน Schulten กล่าว
"capsid เอชไอวีจริง ๆ แล้วมีบ้านสองหลังตรงข้ามอย่างสมบูรณ์" นักวิจัยกล่าวว่า "สารพันธุกรรมจะต้องได้รับการคุ้มครอง แต่เมื่อเข้าไปในเซลล์จะต้องปล่อยสารพันธุกรรมในเวลาที่ดีมาก: ไม่เร็วเกินไป ดีช้าเกินไปไม่ดี " ในเรื่องนี้เขาอธิบายว่าช่วงเวลาของการเปิด capsid นั้นมีความสำคัญต่อระดับความรุนแรงของไวรัสดังนั้นในขณะนั้นมันอาจเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการแทรกแซงการติดเชื้อเอชไอวี
ที่มา: