Вопреки предыдущим предположениям, недавно детализированная структура вирусного белкового комплекса указывает на то, что этот тип молекулярной архитектуры отличается у разных ретровирусов. Эта информация помогает выявить, как ретровирусы вставляют свою геномную информацию в клетки человека, и может иметь значение не только для лечения таких заболеваний, как ВИЧ, но и для улучшения методов генной терапии для доставки новой ДНК пациентам с генетическими мутациями.«Детали того, как интегрируются ретровирусы, отличаются гораздо больше, чем считалось ранее, и приводят к совершенно разным паттернам заражения», — говорит Дмитрий Люмкис, научный сотрудник Солка и соавтор новой статьи, опубликованной в Nature 18 февраля 2016 года.
Ретровирус вставляет свою генетическую информацию в собственный геном хозяина, по сути превращая его клетки в фабрики по производству вирусов. В случае хорошо известного ретровируса ВИЧ эти вирусные гены интегрируются в иммунные клетки человека, в конечном итоге убивая их. Давняя загадка, отчасти вызванная отсутствием знаний о структуре белкового комплекса, заключалась в том, что определяет, где в геном человека вставляется вирусная ДНК.Белковый комплекс, называемый интасомой, отвечает за необратимую вставку вирусной ДНК в ДНК человека, что является жизненно важным шагом, позволяющим ретровирусам вызывать заболевание.
Поскольку саму интасому ВИЧ сложно изучить, большая часть того, что известно об интасомах, основано на работе с другим ретровирусом, который называется прототипом пенистого вируса или PFV. В свете проблем, связанных с образцами интасом ВИЧ, Люмкис и Энгельман вместе со своим коллегой Петром Черепановым из Института Фрэнсиса Крика решили определить структуру интасомы вируса опухоли молочной железы мыши (MMTV), которая в некотором роде более тесно связан с ВИЧ, чем PFV.«Структура интасомы MMTV определяет неожиданно новую парадигму для структурной основы интеграции ретровирусной ДНК», — говорит соавтор исследования Алан Энгельман, профессор медицины Института рака Дана-Фарбер и Гарвардской медицинской школы.Чтобы определить молекулярную структуру MMTV, команда использовала перспективный метод, называемый криоэлектронной микроскопией (криоЭМ), подход, который имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционными методами визуализации.
Например, исследователям не нужно превращать белки в кристаллические формы, чтобы отобразить их, — это метод случайного совпадения, который требуется для более распространенной техники рентгеновской кристаллографии. В криоЭМ белки замораживаются непосредственно в жидком растворе. Затем, измеряя, как пучки электронов отклоняются от замороженных образцов, ученые могут определить структуру белков.Люмкис использовал эту передовую технологию, чтобы детализировать структуру интасом MMTV, связанных с цепями вирусной ДНК (то, как эта структура будет выглядеть, когда она проникает в клетку-хозяин).
Команда обнаружила, что, хотя комплекс PFV состоит из четырех белковых компонентов, называемых интегразами, связанных с двумя цепями вирусной ДНК, сборка MMTV содержит восемь молекул интегразы на две части вирусной ДНК.Это ключевое структурное различие, говорит Люмкис, означает, что комплексы по-разному взаимодействуют с ДНК хозяина, когда они готовы вставить вирусную ДНК в геном. PFV предпочитает участки в геноме хозяина, которые сильно изогнуты, в то время как MMTV выбирает прямые участки ДНК. Предпочтение ВИЧ остается загадкой, но новые наблюдения предоставляют неожиданную молекулярную основу для интерпретации прошлых и будущих данных о ВИЧ и других ретровирусах.
Команды Люмкиса и Энгельмана в настоящее время работают, чтобы понять серию событий, через которые комплекс MMTV проходит на этапах вирусной интеграции, от связывания вирусной ДНК до захвата ДНК хозяина и катализирования встраивания вирусной ДНК в геном хозяина. Люмкис также планирует применить методы криоЭМ для изучения самого молекулярного комплекса интасомы ВИЧ. «Технологическая инфраструктура создана, поэтому теперь я думаю, что мы можем справиться с этими сложными образцами с плохим поведением, используя криоЭМ», — добавляет Люмкис.