Sidste ukendte struktur af HIV-1 løst, endnu et skridt i bestræbelserne på at afvæbne AIDS -virussen

Et University of Alabama på Birmingham -team ledet af Jamil Saad, Ph.d., har løst den sidste ukendte proteinstruktur af HIV-1, retrovirus, der kan forårsage AIDS.

Kendskab til denne struktur, kaldet den cytoplasmatiske hale af gp41 -protein, vil hjælpe forskere med yderligere at forstå, hvordan virussen inficerer menneskelige celler, og hvordan afkomviraer samles og frigives fra inficerede celler. Den cytoplasmatiske hale ser ud til at spille en nøglerolle i virussamling for at hjælpe med at inkorporere konvolutpikestrukturer i overfladen af ​​virale partikler.

"Hvis vi er i stand til at hæmme inkorporering af kappeproteinet, vi hæmmer viral replikation, "Saad sagde." Dette ville afvæbne virussen og forhindre sygdom. Den cytoplasmatiske hale er en kritisk komponent i infektivitet. "

Strukturen af ​​den cytoplasmatiske hale af gp41 var en enormt vanskelig opgave at løse, siger Saad, lektor i mikrobiologi ved UAB.

"Det var det mest udfordrende projekt, jeg har stødt på i de sidste 20 år. Mange gange var jeg ved at stoppe, men jeg har en meget vedholdende laboratoriegruppe. "

Saad kender til mange andre forskningsgrupper, der ikke var i stand til at bestemme den molekylære struktur.

Et problem for Saad og hans UAB -kolleger kom, da de forsøgte at udtrykke den cytoplasmatiske hale af gp41 i voksende E. coli -celler. I stedet for et intakt produkt, et bakterieenzym skærede proteinet under proteinekspression. "Vi har aldrig set dette for noget andet protein, "Sagde Saad. Forskerne fandt ud af, at de var nødt til at begrænse proteinekspression til kun to timer. Selv da, 70 procent af den cytoplasmatiske hale blev skåret, og kun 30 procent blev efterladt intakte.

Det tog over to år og bestræbelser med 100 forskellige betingelser for at få et godt produkt, Saad siger. "Nu kan vi klare det på to dage."

Snittet viste sig at være nyttigt. Et stykke var opløseligt, og Saad -gruppen var i stand til at undersøge dens struktur ved hjælp af nuklear magnetisk resonans, eller NMR. Det andet stykke var uopløseligt, så forskerne måtte bruge en opløsning af miceller-dispergeret lipid eller vaskemiddellignende aggregater i en opløsning-for at lade det uopløselige stykke danne sin struktur i et membranlignende miljø. Ligesom vækstbetingelserne, forskerne havde brug for mange forsøg for at finde korrekte membranbetingelser. En micelleopløsning ligner noget eddike og olie, efter at man har rystet det hårdt for at sprede små oliedråber gennem dressingen.

Igen, NMR blev brugt til at løse den uopløselige struktur, mens den blev inkorporeret i miceller.

Når Saad -gruppen satte molekyler af det intakte, cytoplasmatisk hale i fuld længde af gp41 i micelleopløsningen, de fandt ud af, at strukturerne i hver af stykkerne blev bevaret i den intakte struktur.

De fandt ud af, at den N-terminale ende af den cytoplasmatiske hale af gp41, måling af 45 aminosyrerester, manglede en regelmæssig sekundær struktur og var ikke forbundet med membranen, som ombrydes omkring en HIV-1 viral partikel som læderbetræk på en baseball. Den C-terminale ende af den cytoplasmatiske hale af gp41, måling af 105 aminosyrerester var tæt forbundet med membranen og havde tre alfa-helixer med portioner, der var hydrofobe og dele, der var hydrofile. UAB -gruppen viste også den foretrukne topologi af den cytoplasmiske hale, når den var bundet til membranen.

Saad siger, at strukturen åbner for helt nye forskningsområder:Hvordan den cytoplasmiske hale stabiliserer kappeproteinstrukturen, hvordan det påvirker membranmobilitet af kuvertproteinstrukturen, og hvordan det hjælper med at koordinere membranbinding og sammenslutningen af ​​2, 000 HIV-1 Gag-polyproteiner under membranoverfladen. Gag -polyproteinerne skæres senere inde i det modne virus for at danne flere mindre matrix, capsid- og nukleocapsidproteiner, der producerer den kondenserede virale kerne.

Saad siger, at viden om gp41 -cytoplasmatisk halestruktur også åbner sammenlignende undersøgelser af 10 forskellige retroviraer, der har lignende haler for at lære, hvorfor nogle haler er kortere og nogle haler er længere.

"Den cytoplasmatiske hale af gp41 har været interessant i lang tid, og ingen forstår, hvordan det fungerer ved infektion, eller hvordan det hjælper med at inkorporere kuvertproteinet i membranen, "Sagde Saad.