Imaginile la nivel molecular dezvăluie mecanismul de creștere nucleată a capsidelor virale
Cercetătorii de la Universitatea Oxford au surprins asamblarea pas cu pas a particulelor virale asemănătoare, dezvăluind modul în care interacțiunile moleculare simple pot construi în mod fiabil aceste structuri biologice complexe.
Rezultatele au fost publicate pe 16 septembrie în revista Nature. Înțelegerea modului în care virusurile se asamblează – și ce poate perturba acest proces – ar putea ajuta, în cele din urmă, cercetătorii să dezvolte noi tratamente antivirale, precum și să inginerieze vaccinuri și alte terapii.
Studiul oferă o perspectivă la nivel molecular asupra modului în care cochiliile proteice asociate cu virusurile pot să se asambleze spontan și fiabil din componentele lor individuale, chiar și atunci când există mii de modalități posibile pentru a se potrivi.
Procesul funcționează similar cu găsirea unei rute printr-un labirint, în care doar virajele productive se blochează în loc. Blocurile de construcție proteice inițiale formează legături slabe, reversibile, permițând aranjamentelor nereușite să se dezintegreze și să fie încercate din nou. Dar atunci când proteinele formează structuri închise specifice, multiplele lor conexiuni le fac mult mai stabile. Aceste structuri acționează ca un număr mic de puncte de reper moleculare, canalizând progresiv un proces altfel extrem de complex către particula finalizată.
Un moment crucial apare atunci când cinci blocuri de construcție proteice mai mari formează un inel pentagonal închis – prima structură deosebit de stabilă din calea de asamblare. După acest pas, sunt necesare mai puține blocuri de construcție proteice pentru a ajunge la fiecare nouă etapă stabilă, accelerând astfel procesul de asamblare.
„Un virus trebuie să rezolve o problemă extraordinară de construcție. Componentele sale trebuie să găsească, cumva, aranjamentul corect printre un număr uriaș de posibilități, fără un plan sau o mașinărie care să direcționeze procesul. Acum putem observa ce se întâmplă moleculă cu moleculă și să vedem regulile fizice care fac acest lucru posibil”, a declarat Dr Roi Asor.
Virușii își protejează materialul genetic în interiorul cochiliilor proteice organizate cu precizie, denumite capside. Aceste structuri pot conține zeci sau chiar mii de componente proteice, iar în multe virusuri, blocurile lor de construcție se asamblează spontan în forma corectă.
Cercetătorii au studiat acest proces timp de decenii, dar observarea directă a fost extrem de dificilă. Structurile intermediare esențiale sunt rare și adesea au o durată de viață scurtă, ceea ce înseamnă că experimentele convenționale pot arăta cercetătorilor ce este prezent înainte și după asamblare, fără a dezvălui neapărat pașii moleculare care le conectează.
Din echipa de la Oxford a fost folosită o particulă asemănătoare virusului, realizată din 60 de unități proteice. Aceștia au combinat fotometria de masă, o tehnologie dezvoltată la Oxford care măsoară masa moleculelor individuale prin detectarea luminii pe care o împrăștie, cu o nouă metodă de a confina moleculele individuale pentru a putea fi observate continuu. Aceasta a permis echipei să „cântărească” efectiv o particulă de mai multe ori pe măsură ce noi componente proteice se alăturau, dezvăluind astfel creșterea sa pas cu pas.
„Această metodă ne permite să studiem procesul de asamblare direct, practic facem un videoclip!” a adăugat Dan Loewenthal.
Până acum, mare parte din ceea ce știm despre modul în care aceste structuri se asamblează a trebuit să fie reconstruit din instantanee sau modele teoretice. Capacitatea de a cuantifica interacțiile fundamentale și de a urmări o particulă pe măsură ce crește schimbă acest lucru. Putem observa apariția structurilor intermediare importante și deduce un model detaliat al procesului de construcție.
Descoperirile explică modul în care un proces de asamblare cu un număr enorm de rute teoretice posibile poate fi canalizat printr-un număr relativ mic de etape productive. De asemenea, acestea dezvăluie de ce pasul inițial dificil, cunoscut sub numele de nucleație, este urmat de o creștere mult mai rapidă odată ce asamblarea este în curs de desfășurare.
„Interacțiunile slabe oferă sistemului spațiu pentru a face greșeli. Cele mai multe întâlniri nu trebuie să fie de succes: componentele se pot separa și pot încerca din nou. Dar odată ce suficiente dintre ele se adună într-un aranjament închis corect, structura devine stabilă și asamblarea poate avansa. Acea combinație de încercare și eroare, urmată de blocarea structurilor de succes, este ceea ce face procesul atât de fiabil”, a precizat Dr Asor.
Capacitatea de a înțelege aceste procese la nivel molecular ar putea avea aplicații importante în dezvoltarea vaccinurilor și a antivirale care perturbă asamblarea virală. Mai pe larg, principiul ar putea fi extins dincolo de virusuri. Autoasamblarea este fundamentală pentru biologie, susținând structuri care variază de la scheletul celular până la compartimentele moleculare și complexe proteice. Cercetătorii afirmă că abordarea lor oferă o modalitate de a investiga aceste procese moleculă cu moleculă.
