Создана самая стабильная 3D-модель трансмембранного домена S-белка коронавируса
Команда российских ученых с участием исследователей из МИЭМ НИУ ВШЭ представила 3D-модель трансмембранного (ТМ) домена S-белка вируса SARS-CoV-2. Ранее считалось, что ТМ-домен нужен только для закрепления S-белка вируса в его мембране, а все перестроения и слияние с клеткой-мишенью обеспечивают другие участки. Недавние исследования показывают, что ТМ-домен влияет на процесс передачи генетической информации, но точного понимания его роли еще нет. Ученые считают, что созданная модель поможет детальнее понять механизм работы вируса и применять эти знания для разработки нового типа лекарств.
Исследование опубликовано в журнале International Journal of Molecular Sciences. Ученые называют вирусы неклеточной формой жизни или даже организмами на границе живого. Все потому, что у вирусов нет собственного обмена веществ и для существования им нужны клетки другого организма. Эта особенность отражается на строении: оболочка вирусов усеяна специальными белками, которые помогают распознать рецепторы клеток-мишеней и прикрепиться к ним. У коронавируса эту функцию в основном выполняют S-белки (spike), или «белки-шипы», которые на микрофотографиях и создают вокруг вирусов узнаваемую «солнечную корону».
S-белок (белок слияния, спайк-белок) коронавируса взаимодействует с ангиотензин-превращающим ферментом (АПФ) клетки-мишени, который регулирует у человека артериальное давление и водно-электролитный баланс. Так вирус обманывает защиту организма и связывается с клетками. Для создания вакцин и лекарств важно понимать механизм действия вируса, поэтому внемембранные участки S-белка, участвующие в распознавании и захвате клеток, хорошо изучены. Но за кадром оставался трансмембранный домен S-белка — участок молекулярной структуры, расположенный внутри мембраны оболочки вируса. Команда российских ученых с участием биофизиков НИУ ВШЭ проанализировала особенности этого участка и представила 3D-модель трансмембранного домена S-белка.
Спайк-белок состоит из трех одинаковых полипептидных цепей, которые особым образом скомпонованы и соединены друг с другом. Когда вирус попадает в организм, внешний участок S-белка связывается с рецептором на поверхности клетки. Белки нашего организма — протеазы — разрезают белок и обнажают ранее скрытые участки. Структура S-белка меняется, он встраивается в мембрану клетки и, подобно тросам, подтягивает ее к себе. Благодаря этому мембраны сливаются, образуется канал, по которому вирусная РНК (генетический материал) проникает в клетку хозяина.
Внимание к тому, как в этих процессах участвует трансмембранный домен — небольшой участок спайк-белка, форма которого внешне напоминает пружинку, — ученые стали проявлять в период пандемии. Ранее считалось, что домен нужен только для закрепления S-белка в мембране вируса, и его подробно не изучали. Сейчас ученые предполагают, что особенности структуры ТМ-домена критическим образом влияют на механизм работы спайк-белка и нужно учитывать их в моделях. Однако, как отмечают авторы статьи, создать такую модель сложно.
«Экспериментальными методами тяжело воссоздать структуру белка, если в нем есть участки, связанные с мембраной. Как только вы извлекаете трансмембранный домен из его природного мембранного окружения, он теряет пространственную структуру, и уже нельзя понять, как именно молекула организована в своем функционально активном состоянии», — поясняет профессор департамента прикладной математики МИЭМ НИУ ВШЭ Роман Ефремов.
Чтобы решить этот вопрос, ученые использовали компьютерное моделирование. Алгоритм помогал подобрать из базы данных такие структуры тримеров альфа-спиралей белка, свойства мономеров которых были бы наиболее подходящими для оптимальной упаковки ТМ-домена. Сравнивали физико-химические свойства ТМ-пептидов, а также сходство между распределениями гидрофильных и гидрофобных свойств на поверхности белковых спиралей ТМ-домена. Затем модели скорректировали с учетом результатов разработанной авторами программы для предсказания димерной структуры ТМ-спиралей. Стабильность построенных моделей ТМ-домена S-белка подтвердили в расчетах его молекулярной динамики в явно заданном липидном бислое, имитирующем мембрану вируса.
«На сегодняшний день это единственная плотно упакованная, стабильная модель ТМ-домена S-белка. С помощью коллег из лабораторий Института биоорганической химии РАН мы будем рассматривать структурно-динамическое поведение ТМ-доменов уже в ходе экспериментов, — объясняет Роман Ефремов. — Это важно для понимания роли ТМ- и примембранных участков в процессе слияния и передачи генетической информации. Если мы это выясним с помощью моделей, то сможем эффективно разрабатывать средства борьбы с вирусами. Например, создавать молекулы, которые будут снижать скорость работы вируса, меняя характеристики взаимодействия с мембраной определенных областей спайк-белка. В результате он не будет так быстро распространяться и станет гораздо менее опасным».
Telegram 
Дзен 
VK Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно