В ИФХЭ РАН показали, что вирусный белок действует на клетки, подобно ПАВ

Полипротеин Gag — один из основных компонентов вируса иммунодефицита человека. Он отвечает за сборку вирусной частицы и ее отпочковывание с поверхности плазматической мембраны инфицированной клетки. В ходе этого процесса вирус приобретает свою собственную липидную оболочку как результат взаимодействия с участком плазматической мембраны и ее искривления под геометрию вируса. Вопрос о том, как именно полипротеин Gag добивается искривления мембраны, был предметом долгих споров.

В ИФХЭ РАН рассмотрели механизм действия полипротеина Gag с помощью разработанной ранее в лаборатории биоэлектрохимии системы липидных нанотрубок. Этот метод хорошо себя зарекомендовал как модельный инструмент для изучения свойств липидных мембран и взаимодействия с ними различных белков. Электрическое сопротивление просвета цилиндрической нанотрубки связано с ее радиусом. Измеряя электрический ток и рассчитывая из него значение сопротивления по закону Ома, можно оценить, как радиус нанотрубки изменяется при адсорбции на ней белка.

«Измеряя физическую величину – ток, мы можем делать выводы об изменении формы нанотрубки, – рассказал заведующий лабораторией биоэлектрохимии ИФХЭ РАН, доктор физико-математических наук Олег Батищев. – Если белок хочет поменять форму мембраны, подстраивая ее, например, по геометрию вирусной частицы, то мы можем зарегистрировать данный процесс по изменению сопротивления просвета нанотрубки».

Радиус липидной нанотрубки определяется модулем изгиба и поверхностным натяжением мембраны. Поверхностное натяжение можно рассматривать как энергию, которая необходима для увеличения площади поверхности мембраны. Это значит, что системе выгодно уменьшать поверхностное натяжение. Эксперименты показали, что адсорбция белка на мембране изменяет поверхностное натяжение, и эта величина связана со значением энергии связи мембрана – белок.

«В этом процессе поверхностное натяжение – доминирующий фактор, – отметила ключевой исполнитель исследования, младший научный сотрудник лаборатории биоэлектрохимии ИФХЭ РАН Зарет Дениева. – При адсорбции Gag мы наблюдали изменение фундаментальных физических свойств мембраны, о котором раньше не подозревали: поверхностное натяжение резко упало».

Снижение поверхностного натяжения способствует «размягчению» мембраны и увеличению ее площади в месте адсорбции белка; возникают искривленные участки, необходимые для формирования липидной оболочки вируса в процессе его репликации. Таким образом, возможно, обнаружен новый механизм, с помощью которого белки в составе вирусов регулируют физические свойства клеточных мембран.

Этот эффект напоминает образование пены, когда на клеточной мембране возникает множество пузырьков, внутри которых находится белок Gag. Известны и другие ретровирусы, вызывающие эффекты, визуально похожие на вспенивание мембраны. Возможно, наличие в составе вируса белков, подобных Gag и действующих как поверхностно-активное соединение, является общим свойством ретровирусов.

«В этой работе мы применили физические методы исследования для анализа репликационного поведения вириона, – подвел итог Олег Батищев. – Мы предлагаем новое, с позиции физической химии, объяснение механизма искривления клеточной мембраны, вызванного полипротеином Gag. Тем самым мы выстраиваем междисциплинарный мост между физико-химическими процессами, приводящими к изменению поверхностного натяжения мембраны, и структурой белка, традиционно изучаемой в молекулярной биологии». Работа поддержана Российским центром научной информации.

ИФХЭ РАН

28 статей

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук — один из ведущих химических институтов Российской академии наук. Насчитывает более 800 сотрудников, среди которых 7 академиков, 9 членов-корреспондентов РАН, более чем 100 профессоров и 260 кандидатов наук. Проводимые в ИФХЭ РАН фундаментальные и прикладные исследования характеризуются многопрофильностью и включают следующие научные направления: поверхностные явления в коллоидно-дисперсных системах, адсорбция, физико-химическая механика; супрамолекулярные и наноразмерные системы для использования в современных высоких технологиях; химическое сопротивление материалов, защита металлов и других материалов от коррозии и окисления; химия и технология радиоактивных элементов, радиоэкология и радиационная химия; электрохимия. Успехи сегодняшних исследований опираются на уникальную экспериментальную базу Центра Коллективного Пользования, позволяющую решать практически любую задачу физико-химического исследования вещества или свойств его поверхности разнообразными современными методами. В их числе: электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ, рентгеноструктурный анализ, рентгеновское малоугловое рассеяние, атомно-адсорбционный анализ, эллипсометрия, аннигиляция позитронов, хромато-масс-спектрометрия, инфракрасная, рамановская, фотоэлектронная, электронная спектроскопия, ядерный магнитный резонанс.

Показать больше