Προσομοίωση αποκάλυψε ότι το κέλυφος πρωτεΐνης του ιού HIV αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του!

Χρειάστηκαν δύο χρόνια σε έναν υπερυπολογιστή για προσομοίωση 1,2 μικροδευτερολέπτων στη ζωή του κέλυφους πρωτεΐνης του HIV, (ορολογία: καψιδίου), ενός κλωβού πρωτεϊνών που μεταφέρει τον ιό HIV στον πυρήνα ενός ανθρώπινου κυττάρου. Η προσομοίωση 64 εκατομμυρίων ατόμων προσφέρει νέες ιδέες για το πώς ο ιός αισθάνεται το περιβάλλον του και ολοκληρώνει τον μολυσματικό του κύκλο.

“Μάθαμε τις λεπτομέρειες του συστήματος του καψιδίου του HIV, όχι μόνο της δομής, αλλά και του τρόπου με τον οποίο αλλάζει το περιβάλλον του και ανταποκρίνεται στο περιβάλλον του”, δήλωσε ο ερευνητής του Πανεπιστημίου του Ιλλινόις, Juan R. Perilla, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης με τον Καθηγητή φυσικής Klaus Schulten. Τέτοιες λεπτομέρειες θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να βρουν νέους τρόπους για να νικήσουν τον ιό, είπε ο Perilla.

Ο Schulten, ο οποίος πέθανε τον Οκτώβριο του 2016, πρωτοστάτησε στην εφαρμογή προσομοιώσεων μοριακής δυναμικής για τη μελέτη μεγάλων βιολογικών συστημάτων. Κάλεσε τη μέθοδο “υπολογιστική μικροσκοπία”.

Η προσομοίωση καψιδίου εκτελέστηκε στον υπερυπολογιστή Titan του Τμήματος Ενέργειας. Η ανάλυση των δεδομένων απαιτούσε ένα δεύτερο υπερυπολογιστή, Blue Waters, στο Εθνικό Κέντρο Υπερυπολογιστών Εφαρμογών.

Το καψίδιο HIV αποτελείται από εκατοντάδες ταυτόσημες πρωτεΐνες διατεταγμένες σε ένα δίκτυο δομών έξι όψεων και πέντε πλευρές, το καθένα με ένα μικροσκοπικό πόρο στο κέντρο του. Το καψίδιο περιέχει το γενετικό υλικό του ιού, το κρύβει από την άμυνα των κυττάρων του ξενιστή. Μεταφέρει επίσης τον ιό στον πυρήνα του κυττάρου, ο οποίος πρέπει να διεισδύσει για να ολοκληρωθεί η μόλυνση.

Η μαζική προσομοίωση δείχνει ότι το καψίδιο του ιού HIV αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του. Η νέα μελέτη αποκάλυψε διάφορες ιδιότητες που πιθανώς ενισχύουν την ικανότητα του καψιδίου να αντιληφθεί το περιβάλλον του και να βρει τον δρόμο του στον πυρήνα, δήλωσε ο Perilla.

Έδειξε, για παράδειγμα, ότι διάφορα μέρη του καψιδίου ταλαντεύονται σε διαφορετικές συχνότητες. Αυτές οι ταλαντώσεις μεταδίδουν πληροφορίες από ένα μέρος του καψιδίου σε άλλο, είπε.

Η μελέτη αποκάλυψε επίσης ότι τα ιόντα ρέουν μέσα και έξω από τους κασσιδικούς πόρους. Τα αρνητικά ιόντα συσσωρεύονται στην θετικά φορτισμένη επιφάνεια μέσα στο καψίδιο, ενώ τα θετικά ιόντα προσκολλώνται στο εξωτερικό, το οποίο φέρει αρνητικό φορτίο.

“Αν μπορείτε να σπάσετε αυτή την ηλεκτροστατική ισορροπία που το καψίδιο προσπαθεί να κρατήσει μαζί, μπορεί να είστε σε θέση να τον αναγκάσετε να διαλυθεί πρόωρα”, δήλωσε ο Perilla!

Το θετικά φορτισμένο εσωτερικό θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στη διευκόλυνση της εισροής δομικών στοιχείων DNA. Ο ιός χρειάζεται αυτά τα μόρια από τον ξενιστή για να μετατρέψει το δικό του RNA στο DNA, δήλωσε ο Perilla. Αυτά τα δομικά στοιχεία του DNA, που ονομάζονται νουκλεοτίδια, φέρουν αρνητικό φορτίο και είναι αρκετά μικρά για να περάσουν από τους πόρους του καψιδίου, είπε.

Αυτά τα στοιχεία αποκαλύπτουν πιθανές τρωτά σημεία που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για την ανάπτυξη νέων φαρμάκων για να νικήσουν τον ιό HIV με τη στόχευση του καψιδίου του, δήλωσε ο Perilla. Τα ευρήματα αναφέρονται στο περιοδικό Nature Communications.

Πηγές:https://phys.org/news/2017-07-massive-simulation-hiv-capsid-interacting.html#jCp https://www.sciencedaily.com/releases/2017/07/170719084905.htm http://healthmedicinet.com/i/massive-simulation-shows-hiv-capsid-interacting-with-its-environment/