Siła mechaniczna w zakażeniu wirusem HIV

Zespół biofizyków przetestował hipotezę na temat tego, że HIV może wywierać nacisk na receptory powierzchniowe komórek, co miałoby być częścią łańcucha zdarzeń, który prowadzi do zakażenia. Podczas eksperymentów na pojedynczych molekułach, naukowcy wykazali, że siła mechaniczna powoduje konformacyjne i chemiczne zmiany w białku komórki atakowanej przez HIV (ACS Nano 2014, DOI: 10.1021/nn503557w ). Jest to pierwsze badanie mające na celu ustalenie jakie siły wpływają na właściwości fizyczne  i chemiczne receptorów komórkowych. Wyniki mogą doprowadzić do rozwoju nowych metod leczenia choroby, twierdzą naukowcy.

Siła mechaniczna w zakażeniu wirusem HIV

Zakażenie rozpoczyna się gdy glikoproteina na powierzchni wirusa, gp120, wiąże się z receptorem CD4 na powierzchni  komórki T. Wiązanie wyzwala kaskadę innych interakcji białko-białko , co ostatecznie umożliwia wirusowi fuzję do błony komórki. Niestety, szczegóły interakcji między CD4 i gp120 nigdy nie zostały poznane, jak twierdzi Raul Perez-Jimenez, chemik specjalizujący się w biomechanice w nanoskali (centrum badań nanotechnologii w San Sebastian w Hiszpanii). W przeszłości, Perez-Jimenez wykorzystał metodę zwaną spektrometrią sił, by zbadać właściwości mechaniczne białka mięśniowego – miozyny. Zastanawiał się czy związane gp120-CD4 też może mieć mechaniczny element.

Perez-Jimenez spędził 5 lat na eksperymentach. Przyglądał się białku CD4 w izolacji. Szukał odpowiedzi na pytanie o rolę sił mechanicznych w gp120-CD4. Próbował zmodyfikować komórki tak, aby produkowały część białka CD4 odpowiedzialną za interakcję z gp120, połączoną z łącznikami białka po obu stronach. Następnie umocował łączniki na powierzchni złota i użył sondy mikroskopu sił atomowych by obserwować fizyczne i chemiczne zmiany.

Pod wpływem sił tak niskich jak 20 pikoniutonów, białko CD4 wydłuża się i staje się bardziej elastyczne. Perez-Jimenez zobaczył też, że mostki dwusiarczkowe, normalnie schowane w białku CD4, odsłaniają się i stają się bardziej reaktywne. To, jak mówi, może wspierać hipotezę niektórych naukowców, że reakcja z mostkami dwusiarczkowymi pomaga wirusowi HIV wejść  do komórek T. Wyniki pokazują, że  nawet małe siły mechaniczne mogą wywierać konformacyjne i chemiczne zmiany w receptorach CD4, które umożliwiają interakcję komórki z wirusem.

Perez-Jimenez przetestował następnie czy badany lek – ibalizumab, przeciwciało wiążące CD4 i zapobiegające infekcji HIV, oddziałuje mechanicznie na receptor komórkowy. Odkrył, że potrzeba większej siły oddziałującej na białko CD4, kiedy jest ono połączone z ibalizumabem, to znaczy że przeciwciało czyni CD4 sztywniejszym. Wyniki sugerują, że efekty mechaniczne mogą być częścią sposobu w jaki ibalizumab działa, mówi Perez-Jimenez.

Następnym krokiem jest dowiedzieć się jak bardzo siła mechaniczna HIV wpływa na CD4 w błonach żywych komórek T.

„Interakcja HIV-CD4 jest wysoko dynamiczna i trudna do zaobserwowania” mówi Andrew Ward, biolog strukturalny, który bada białka błonowe i HIV w Scripps Research Institute w La Jolla w Kalifornii. „Zrozumienie biofizyki tych interakcji jest ważne, nawet jeśli jeszcze nie jest jasne, w jaki sposób wykorzystać te mechaniczne efekty z lekiem. Nowe dane pokazują coś, czego żadna inna technika nie może ujawnić” , mówi.

  1. Chemical & Engineering News, ISSN 0009-2347, Copyright © 2014 American Chemical Society
  2. http://cen.acs.org/articles/92/web/2014/10/Mechanical-Force-Help-HIV-Invade.html

Opracowała: Magdalena Kulińska

Korekta: Maciej Bielak-Wolanin

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*