先进的方法实时跟踪分子,揭示HIV的动态结构

- 编辑:大众自然网 -

先进的方法实时跟踪分子,揭示HIV的动态结构

这项技术可以在室温下实时跟踪分子。

病毒是可怕的。它们像看不见的军队一样入侵我们的细胞,每种类型都有自己的攻击策略。当病毒摧毁人类和动物群落时,科学家们争相反击。许多人利用电子显微镜,一种可以看到东西的工具。病毒中的单个分子在做什么。然而,即使是最复杂的技术也需要将样本冷冻和固定,以获得最高的分辨率。

现在,犹他大学的物理学家们开创了一种在室温下以令人印象深刻的分辨率实时成像类病毒粒子的方法。在一项新的研究中,这种方法揭示了构成人体免疫缺陷病毒(HIV)主要结构成分的晶格是动态的。由Gag和GagPol蛋白制成的扩散晶格的发现,长期以来被认为是完全静止的,开启了潜在的新疗法。

当艾滋病毒颗粒从受感染的细胞中萌芽时,病毒在具有传染性之前经历了一段时间。蛋白酶是一种嵌入GagPol蛋白质的半分子酶,它必须通过二聚作用与其他类似的分子结合。这触发了病毒成熟,导致感染颗粒。没有人知道这些半蛋白酶分子是如何找到彼此并二聚的,但这可能与病毒包膜内Gag和GagPol蛋白形成的晶格重排有关。Gag是主要的结构蛋白,已被证明足以组装病毒样颗粒。Gag分子形成一个晶格六角形结构,与自身交织与微小的缺口点缀。新方法表明,Gag蛋白的晶格不是静态的。

这种方法比传统上只给出静态信息的显微镜方法先进了一步。除了新的显微镜方法外,我们使用数学模型和生化实验来验证晶格动力学。伊利诺斯大学物理系研究生研究助理Ipsita Saha说。天文学。除了病毒,这种方法的一个主要含义是你可以看到分子是如何在细胞中移动的。你可以用它来研究任何生物医学结构。

该论文于2020年6月26日发表在《生物物理杂志》上。

nanomachine映射

起初,科学家们并没有寻找动力结构。他们只是想研究Gag蛋白晶格。在萨哈的领导下,他花了两年时间进行黑客攻击。显微镜技术能够在室温下研究病毒颗粒,观察它们在现实生活中的行为。病毒的规模很小。直径约120纳米—所以Saha使用了干涉光激活定位显微镜(iPALM)。

首先,Saha用一种名为Dendra2的荧光蛋白标记了Gag,并产生了Gag-Dendra2蛋白的类病毒粒子。这些病毒样颗粒与HIV颗粒相同,但仅由Gag-Dendra2蛋白晶格结构构成。Saha表明,合成的Gag- dendra2蛋白与病毒样颗粒组成普通Gag蛋白的方式相同。荧光附着物使iPALM能够以10纳米的分辨率对该粒子成像。科学家们发现,每个固定的病毒样颗粒都含有1400到2400个ga - dendra2蛋白,这些蛋白呈六边形晶格排列。当他们使用iPALM数据重建格点的延时图像时,似乎gage - dendra2格点并不是随着时间的推移而静止的。为了确保这一点,他们独立地用两种方法进行了验证:数学和生物化学。

首先,他们将蛋白质晶格分割成均匀的独立片段。通过相关性分析,他们测试了每个片段在10到100秒的时间内如何与自身关联。如果每个片段继续相互关联,蛋白质是静止的。如果它们失去相关性,蛋白质就会扩散。他们发现,随着时间的推移,这些蛋白质是非常动态的。

他们验证动态晶格的第二种方法是生物化学方法。在这个实验中,他们创造了病毒样粒子,其晶格由80%的Gag野生型蛋白质,10%的Gag标记与SNAP,和10%的Gag标记与光环。SNAP和Halo是一种蛋白质,它们可以结合连接子,使它们永远结合在一起。这个想法是为了确定蛋白质晶格中的分子是否保持稳定,或者它们是否迁移了位置。

gago蛋白随机地组合在一起。SNAP和Halo分子可能在晶格中的任何地方。有些可能会很近,有些会很远,萨哈说。如果晶格发生变化,分子就有可能彼此靠近。

Saha将一种名为Haxs8的分子引入病毒样颗粒中。Haxs8是二聚体;当SNAP和Halo蛋白在彼此的结合半径内时,共价结合它们的分子。如果SNAP或Halo分子靠近彼此移动,它们就会产生二聚复合物。随着时间的推移,她追踪了这些二聚复合物的浓度。如果浓度改变,就表明新的分子对找到了彼此。如果浓度降低,说明蛋白质分裂了。不管怎样,它都表明运动已经发生了。他们发现,随着时间的推移,二聚复合物的比例增加;光晕和SNAP Gag蛋白质在晶格上移动随着时间的推移聚集在一起。

一种研究病毒的新工具

这是首次研究表明包膜病毒的蛋白质晶格结构是动态的。这个新工具对于更好地了解当新的病毒颗粒从未成熟到具有危险传染性时晶格内发生的变化非常重要。

导致感染的分子机制是什么?它开辟了一个新的研究领域,萨哈说。如果你能弄清楚这个过程,也许你能做些什么来阻止他们找到彼此,比如一种药物可以阻止病毒的传播。

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参考文献:通过定位相关分析和延时ipalm&rquo检测HIV Gag格点的动力学作者Ipsita Saha和Saveez Saffarian, 2020年6月26日,生物物理杂志。

DOI: 10.1016 / j.bpj.2020.06.023