ИДЁМ ЗА БЕЛКОМ ОБОЛОЧКИ ТАИНСТВЕННОГО SARS-COV-2Ионные каналы действуют как двери для клеток: они открываются и закрываются, чтобы впускать и выпускать частицы, которые несут электрический заряд, ионы. Поэтому ионные каналы лежат в основе функции возбудимых клеток, таких как нейронов, сердечных или мышечных клеток несущих небольшие электрические токи, которые поддерживают наши движения, мысли и рефлексы.
Вирусные ионные каналы могут быть целью блокиратора ионных каналовВирусы также обычно используют ионные каналы, хотя еще не всегда ясно, насколько важно перемещение ионов для вируса. Предполагается, что вирусные ионные каналы, также называемые виропоринами, являются наиболее приоритетными противовирусными мишенями.
История этих лекарств начинается с
Амантадина, лекарства от гриппа (гриппа A), который используется с 1966 года. Амантадин использовался в течение почти 20 лет без понимания механизма его действия. Затем, в 1985 году стало понято, что амантадин действует как блокиратор для ионного канала М2 гриппа А. Чуть позже стало понятно, что ингибирование М2 амантадином снижает способность вируса производить ранние этапы репликации. Сегодня, благодаря структурной биологии и моделированию молекулярной динамики, у нас есть
четкая картина того, как амантадин блокирует канал М2 и почему определенные мутации гриппа приводят к устойчивости к этому препарату и его производным.
Амантадин (шарообразный) связан с каналом гриппа M2 (серые спирали), блокируя поток ионов через центральный каналАмилорид (продается под торговым названием
Midamor) является лекарством, используемым для лечения высокого кровяного давления. По-видимому, он блокирует ионный канал, с помощью которого образуется белок Vpu из вируса ВИЧ-1, а также ионный канал белка оболочки из коронавируса. Никто не понимает механизм этой блокировки белка оболочки.
Это то, что мы пытаемся понять, используя folding@home!
Структура белка оболочкиБелок оболочки (E) является наименьшим из структурных белков, необходимых для сборки вируса. Вместе с мембранным белком он, по-видимому, важен для образования вирусной частицы в клетке человека, так как он помогает мембранной кривой которая является первым этапом формирования вируса.
Визуализация вируса SARS-CoV-2 от Klick Health. Белок оболочки представлен голубым, а липиды, составляющие вирусную мембрану, светло-розового цвета. Copyright (C) 2020 Klick Inc.
Мы еще не знаем, как выглядит белок оболочки SARS-CoV-2 на атомном разрешении, но, к счастью, у нас есть структуры белка
оболочки SARS-CoV, которые, как ожидается, будут очень похожи. Структуры показывают, что канал собирается в виде пентамера, то есть пять белков одного и того же вида (так называемые мономеры) собираются вместе, образуя путь, по которому будут транспортироваться ионы.
Схема модели MD, которую мы используем на folding@home. Белок оболочки пентамера SARS_CoV (голубой) в липидах, образующих мембрану (светло-розовая). Сферы вокруг - это ионы (положительно заряженные ионы красного цвета, отрицательно заряженные ионы оранжевого цвета).Как и другие ионные каналы, эти белки плавают в море липидов, которые составляют мембрану. Помните, что причина, по которой
мытье рук с мылом является эффективным способом избавления от этого вируса, заключается в том, что он покрыт липидами, которые прилипают к нашей коже, но также делают его уязвимым для моющих средств, таких как мыло!
Активность ионного каналаРегистрация электрических токов, возникающих при перемещении ионов в белке оболочки SARS-CoV, была сделана методом, называемым
методом локальной фиксации потенциала. Эти измерения показали, что белок может транспортировать через мембрану все виды положительно заряженных ионов, но не отрицательно заряженные. Пока что мы не знаем, как белок способен
разделять эти ионы. Это то, что моделирование молекулярной динамики, например, проведенное с использованием
folding@home, может нам показать. В компьютере мы можем применить электрический стимул, подобный тем, которые применялись в экспериментах, и посмотреть, какие ионы переносятся в ответ на него.
Сборка ионного каналаЧтобы белок мог выполнять свою функцию по транспортировке ионов, его сначала нужно собрать в пентамер. В принципе, лекарство, которое будет препятствовать его сборке, нанесет вред вирусу. Таким образом, мы хотели бы увидеть, как
канал собирается, понять, как это происходит, а затем предложить стратегии для нарушения этого процесса. Мы надеемся, что благодаря огромному количеству вычислительной мощности, которую нам предоставляет folding@home, это возможно. Идея сделать это состоит в том, чтобы начать с места, где кусочки белка (мономеры) расположены отдельно друг от друга, и запустить моделирование их группирования. Затем мы продолжаем только то моделирование, которое, кажется, идет в направлении сборки белка, в то время как мы останавливаем те моделирования, где мономеры расходятся. Эта стратегия называется «адаптивный посев» и является мощным способом ускорить наблюдение за интересующими нас процессами.
Блокировка лекарствамиКак только мы лучше поймем, как белок работает в качестве ионного канала и как он собирается, мы надеемся, что сможем понять, как амилорид и его производные препятствуют нормальной работе канала.
Амилорид является одним из препаратов для лечения высокого кровяного давления. Он действует, блокируя ионный канал человека, эпителиальный натриевый канал ENaC и натрий-водородный антипортер 1 NHE-1 - еще один белок, который транспортирует ионы через мембраны клеток.
Молекулярно-динамическое моделирование, выполненное на folding@home, может помочь нам понять механизмы сдерживания лекарствами, как описано более подробно
здесь. Мы надеемся, что сможем понять, как амилорид поражает белоок оболочки, и предложить способы сделать из него еще лучший препарат.
Роль белка оболочки в вирусной репродукции и разработке вакцинСуществует много
стратегий разработки вакцин. Идея, лежащая в основе вакцинации, состоит в том, чтобы подвергнуть иммунную систему чему-то, похожему на вирус, до того, как подвергнуться действительно вирусу. Таким образом, иммунная система успевает подготовиться к борьбе с реальной инфекцией, когда она наступит. «Вещи», имитирующие вирус, но без способности осуществлять инфекцию, могут быть ослабленным или "разбавленным" вирусом или могут быть основаны на вирусных векторах, нуклеиновых кислотах, белках или вирусоподобных частицах.
Было показано, что SARS-CoV и MERS-CoV, в которых отсутствует белок оболочки, демонстрируют значительно сниженную вирулентность, неполноценное созревание или воспроизведение неопасного потомства. Таким образом, было предложено, чтобы вирусы, в которых отсутствует белок оболочки, служили основой для вирусной вакцины. Тем не менее,
оптимизация вакцин является сложным процессом, и понимание основ биологии SARS-CoV-2 может только способствовать нашим коллективным усилиям по борьбе с Covid-19.
Оригинал:
https://foldingathome.org/2020/05/25/going-after-the-mysterious-sars-cov-2-envelope-protein/Автор:
Lucie DelemotteПеревод: KTChampions
Буду благодарен за помощь в исправлении ошибок и неточностей.
