Πώς ένας ιός σχηματίζει τα συμμετρικά του κελύφη

Πολλοί ιοί, όπως αυτοί που προκαλούν την κοινή γρίπη και το Covid-19, έχουν μια εξωτερική πρωτεϊνική επίστρωση που ονομάζεται κάψιδο που σχηματίζει ένα συμμετρικό προστατευτικό κέλυφος γύρω από το γενετικό τους υλικό. Οι επιστήμονες έχουν από καιρό γοητευτεί από το πώς αυτοί οι κάψιδες αυτο-συναρμολογούνται από μεμονωμένες πρωτεϊνικές υπομονάδες στις περίπλοκες δομές τους. Τώρα, μια ομάδα ερευνητών από το UC Berkeley και το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley έκανε ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση αυτής της διαδικασίας αποκαλύπτοντας πώς δύο πρωτεΐνες από έναν φυτικό ιό, τον ιό του μωσαϊκού Brome (BMV), έρχονται μαζί για να σχηματίσουν ένα εξάγωνο δομικό στοιχείο του καψιδίου.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, η οποία τους επέτρεψε να προσδιορίσουν την τρισδιάστατη δομή του συμπλέγματος πρωτεϊνών. Διαπίστωσαν ότι οι δύο πρωτεΐνες, που ονομάζονται πρωτεΐνη παλτό και η πρωτεΐνη κίνησης, αλληλεπιδρούν με έναν συγκεκριμένο τρόπο για να σχηματίσουν ένα εξαγωνικό δομικό "διμερές διμερών", το οποίο είναι το βασικό δομικό στοιχείο του καψιδίου BMV. Αυτή η δομή χαρακτηρίζεται από δύο ζεύγη πρωτεϊνών διατεταγμένων σε εξαγωνικό σχήμα.

Αυτό το εύρημα παρέχει νέες ιδέες για το πώς αυτο-συναρμολογούνται οι ιοί και θα μπορούσαν ενδεχομένως να βοηθήσουν στην ανάπτυξη αντιικών θεραπειών. Με την κατανόηση των μοριακών μηχανισμών που αποτελούν τη βάση του σχηματισμού των ιών καψιδίων, οι επιστήμονες μπορούν να σχεδιάσουν φάρμακα που στοχεύουν και να διαταράσσουν τη διαδικασία αυτοσυναρμολόγησης, εμποδίζοντας τον ιό να σχηματίσει ένα προστατευτικό κέλυφος και να αναπαράγει.

"Η μελέτη μας παρέχει ένα κρίσιμο κομμάτι του παζλ στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι ιοί συναρμολογούν τα καψίδια τους", δήλωσε ο Eva-Maria Strasser, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Μοριακής Βιολογίας στο UC Berkeley και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. "Αυτή η γνώση θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων στρατηγικών για την καταπολέμηση των ιογενών λοιμώξεων".

Οι ερευνητές απέκτησαν επίσης γνώση του ρόλου της πρωτεΐνης κίνησης στη διαδικασία συναρμολόγησης. Η πρωτεΐνη κίνησης είναι γνωστό ότι εμπλέκεται στη μεταφορά του ιικού γενετικού υλικού από τον πυρήνα του κυττάρου στη θέση του συγκροτήματος καψιδίου, αλλά ο ρόλος της στην πραγματική διαδικασία συναρμολόγησης δεν ήταν καλά κατανοητός. Η μελέτη αποκάλυψε ότι η πρωτεΐνη κίνησης παίζει δομικό ρόλο στο σχηματισμό του εξαγωνικού δομικού στοιχείου, υποδηλώνοντας ότι έχει διπλές λειτουργίες στον κύκλο ζωής του ιού.

"Η πρωτεΐνη κίνησης φαίνεται να έχει δύο θέσεις εργασίας:βοηθά το γενετικό υλικό να φτάσει στο σημείο όπου πρέπει να πάει και βοηθά επίσης στην οικοδόμηση του καψιδίου", δήλωσε η Jennifer Doudna, ένας ερευνητής του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes, καθηγητής μοριακής και κυτταρικής βιολογίας και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης.

Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να διερευνήσει περαιτέρω το ρόλο της πρωτεΐνης κίνησης στη διαδικασία συναρμολόγησης και να διερευνήσει τον τρόπο με τον οποίο τα ευρήματα μπορούν να εφαρμοστούν σε άλλους ιούς. Ελπίζουν ότι αυτό το έργο θα συμβάλει στην ανάπτυξη νέων αντιιικών θεραπειών και σε βαθύτερη κατανόηση της ιογενούς βιολογίας.