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 Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
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