logo

Пользовательского поиска

Saturday 21st of July 2018

На пути к новым противовирусным препаратам: ученые ищут «ахиллесову пяту» вируса гриппа в его белках

Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Актуальные темы - Вести из лабораторий
Автор: Administrator   
16.02.2011 23:28

 

 

Каждый год люди по всему мире готовятся к сезонной эпидемии гриппа. Одни делают себе прививку против этого заболевания, вторые принимают пищевые добавки, третьи развертывают энергичную кампанию по мытью рук, в то время как четвертые выбирают совершенно другой подход: ядерный магнитный резонанс (ЯМР).

3

 

Мэй Хонг (Mei Hong) (слева). (Фото: news.iastate.edu)

 

 


Мэй Хонг (Mei Hong), химик из Университета штата Айова (Iowa State University), США, использует ядерный магнитный резонанс для изучения протонного канала М2, находящегося на поверхности вируса гриппа. Этот протонный канал был объектом многих исследований, играя ключевую роль в подчинении себе вирусом здоровой клетки после проникновения в нее.

Чтобы инфицировать здоровую клетку, вирус гриппа должен проникнуть в нее и выделить свои гены. Прежде всего, вирус связывается с поверхностью клетки, а затем с помощью мембранного пузырька – эндосомы – попадает внутрь. Кислотность внутри эндосомы значительно выше, чем в заключенном в ней вирусе. Эта разница в рН служит вирусу сигналом, что он находится внутри клетки и пришло время высвобождать свои гены. «Почувствовать» разницу в кислотности среды вирусу помогает именно протонный канал М2. Так как клетка не может отличить свои гены от генов вируса, она оказывается обманутой и начинает производить копии вирусных белков, что в конечном итоге приводит к инфицированию других клеток.

Мы довольно много знаем о том, как вирус может инфицировать клетку, но как протоны перемещаются в него из эндосомы, инициируя процесс инфицирования, до сих пор оставалось неизвестным. Ученые предложили два разных варианта: первый – модель «заслонки», в которой канал для потока воды, несущей в вирус дополнительный протон, либо открыт, либо закрыт; второй – модель «челнока», в которой для передачи протонов из внешней среды внутрь вируса фактически происходит движение компонентов самого канала.

«Вычислительные методы прогнозирования таких структур еще не достаточно совершенны, поэтому очень важную роль играет экспериментальное, с высоким разрешением, определение структуры гистидиновой части этой молекулы, контролирующей передачу протона. К счастью, мы хорошо знаем этот белок, что позволило нам детализировать именно гистидиновый остаток», - объясняет Хонг.

Но что такое ядерно-магнитный резонанс и как ученые используют его? Фактически, ядерно-магнитный резонанс – это свойство ядра любого атома, взаимодействующего с магнитным полем. Это означает, что ЯМР – свойство материи, такое же как цвет, плотность или масса. Ученые нашли способ превратить это свойство в полезную информацию, особенно в области визуализации. Например, врачи используют аппараты магнитно-резонансной томографии (МРТ), чтобы «заглянуть» внутрь организма человека, не прибегая к хирургии. Такие аппараты детально отображают ткани организма на основе ядерно-магнитного резонанса. Ученые используют ЯМР для изучения объектов гораздо меньшего размера – отдельных молекул белков и даже их частей.

«Структуру белков можно исследовать различными методами, но протоны сложно визуализировать с помощью рентгеновских лучей», - продолжает Хонг. Рентгеновские лучи, как правило, используются для изучения структуры белков в кристаллической форме. «Мы использовали ЯМР, так как хотели увидеть положение протонов относительно канала. Кроме того, состояние образцов, которые мы изучаем методом ЯМР, более близко к естественному биологическому состоянию, чем то, которое можно исследовать с помощью большинства других методов определения структуры».

Используя ЯМР, профессору Хонг и ее коллегам удалось получить подтверждение того, что канал передает протоны по «челночной» модели. Работа, опубликованная в журнале Science в октябре 2010 года, показывает, что кольцевые молекулы гистидина, обращенные к поре канала, способны совершать повороты туда и обратно более 50000 раз в секунду, когда канал находится в открытом состоянии (представьте себе движения «чистильщика» на лобовом стекле автомобиля).

 

2Жизненный цикл вируса. (Credit: Nicolle Rager Fuller, National Science Foundation)


После каждых нескольких «сальто» гистидин забирает один протон из внешней среды и переносит его внутрь вируса. Перемещение протонов приводит к их постепенному накоплению, и среда внутри вируса становится все более кислой. Это служит вирусу сигналом, что он находится внутри клетки и должен приступить к следующему шагу в развитии инфекции - выделению своих генов.

Знание того, какая модель соответствует действительности, на самом деле очень важно, так как существуют лекарственные препараты, способные блокировать этот этап прогрессии вирусной инфекции. Амантадин и ремантадин, известные под торговыми марками Симметрел и Флумадин, соответственно, – два самых старых антивирусных препарата, одобренных Агентством по контролю качества медикаментов и продуктов питания США (US Food and Drug Administration, FDA). Оба препарата способны облегчить симптомы гриппа и сократить время, необходимое для улучшения состояния.

Чтобы больше узнать о амантадине, предотвращающем распространение чувствительных к нему вирусов, Хонг также использовала ЯМР. Исследование, опубликованное в журнале Nature в феврале 2010 года, показало, что амантадин связывает два различных сайта белка М2. В учетом других данных Хонг и ее коллеги заключили, что амантадин физически блокирует канал М2, предотвращая перемещение протонов в вирус и, следовательно, репродукцию его частиц и распространение инфекции.

К сожалению, амантадин и ремантадин больше не рекомендуются для широкого применения, так как многие штаммы вируса гриппа, включая H1N1, резистентны к ним.

Теперь, когда ученые лучше понимают, как канал М2 перемещает протоны и где связывается с ним амантадин, они хотят использовать те же методы для изучения того, чем отличается канал М2 резистентных к препаратам штаммов вируса.

Результаты опубликованной в Nature статьи предполагают, что амантадин не вписывается в канал М2. Одной из дальнейших стратегий могла бы быть разработка препарата, способного лучше взаимодействовать с известными сайтами связывания, но теперь, когда известно, что канал должен «перебрасывать» протоны, Хонг считает, что существуют и другие варианты: «Используя в качестве мишени для связывания молекулы гистидина, можно так же хорошо заблокировать канал».

Новые и более эффективные антивирусные препараты помогут тем, кто не вакцинирован, или тем, кто заболел до того, как вакцина начала действовать в полную силу. Каждый год в США заболевают гриппом миллионы людей. Большинство из них выздоравливают без лечения, но тысячам заболевших требуется госпитализация. По оценкам CDC ежегодно регистрируется от 3000 до 49000 смертей, связанных с гриппом. Эффективное лекарственное лечение исключит необходимость госпитализации и уменьшит количество смертельных исходов, вызванных осложнениями этого заболевания.

 

 

Исследования в этой области необходимы не только для разработки более эффективных антивирусных препаратов. В конце концов, благодаря ЯМТ- экспериментам, ученые получат достаточно данных, чтобы вместе с математиками создавать модели, способные более точно прогнозировать форму и структуру белков. Эти модели, после тестирования и уточнения, помогут исследователям предсказывать и выявлять ранее неизвестные молекулярные взаимодействия. Более глубокое понимание множества каждодневно взаимодействующих факторов, заставляющих нас чувствовать себя хуже или лучше, играет значительную роль в формировании будущей медицинской диагностики и лечения. Исследования, позволяющие значительно уточнить взаимосвязь структуры и функции белков, подобные ЯМР-экспериментам Мэй Хонг, - шаги на пути к более эффективной, персонализированной медицине.

 

 

По материалам

Fighting the Flu

 

Аннотация к статье Structure of the amantadine binding site of influenza M2 proton channels in lipid bilayers

Статья Mechanisms of Proton Conduction and Gating in Influenza M2 Proton Channels from Solid-State NMR

 

 

Related Articles:
 

Vinaora Visitors Counter

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterToday438
mod_vvisit_counterYesterday1197
mod_vvisit_counterThis week6921
mod_vvisit_counterLast week6681
mod_vvisit_counterThis month19332
mod_vvisit_counterLast month29238
mod_vvisit_counterAll days4053778

We have: 73 guests, 1 bots online
Your IP: 54.198.170.159
 , 
Today: Июл 21, 2018

RSS

Новое на LST

Работает на Joomla!. Valid XHTML and CSS.