Ученые проследили процесс формирования вирусоподобной частицы
Ученые впервые проследили в реальном времени, как отдельные белковые элементы шаг за шагом собираются в вирусоподобную частицу. Исследование помогло увидеть ключевые промежуточные этапы этого процесса и понять, почему в итоге формируется устойчивая структура.
Источник: Новости науки
МОСКВА, 18 сентября /Новости науки/. Ученые смогли в реальном времени проследить, как отдельные белковые элементы соединяются и постепенно образуют вирусоподобную частицу. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
«Здесь мы объединяем масс-фотометрию (МП) с методом захвата отдельных молекул для мониторинга сборки отдельных вирусоподобных частиц (ВПЧ) в реальном времени с молекулярным разрешением», - говорится в статье.
Вирусоподобные частицы представляют собой белковые структуры, напоминающие вирусные оболочки. В работе исследователи использовали сконструированную самособирающуюся частицу mi3. Она состоит из 60 одинаковых белковых единиц, которые соединяются друг с другом и образуют замкнутую структуру. Такие частицы также изучаются как основа для многокомпонентных вакцин.
Подробно наблюдать процесс такой сборки до сих пор было трудно. Белковые элементы могут соединяться множеством способов, а промежуточные структуры часто существуют недолго. Ранее применявшиеся методы имели ограничения по скорости наблюдения, измерению массы или условиям проведения эксперимента. По словам авторов, до этой работы ни один экспериментальный подход не позволял проследить молекулярный механизм сборки капсида во всех необходимых деталях.
Для решения этой задачи ученые совместили масс-фотометрию, позволяющую определять массу отдельных молекулярных комплексов, с методом длительного наблюдения за отдельными молекулами. Благодаря этому исследователи следили за одной и той же формирующейся частицей и фиксировали изменение ее массы по мере присоединения новых белковых элементов.
Ученые выяснили, что сборка проходит через несколько устойчивых промежуточных состояний. Особенно важным оказалось образование замкнутого пятиугольного кольца. Оно стало наименьшей стабильной промежуточной структурой, после появления которой дальнейшая сборка частицы проходила быстрее.
При этом отдельные белковые элементы связываются друг с другом слабо и могут снова разъединяться. За счет этого система проходит через разные варианты соединения, пока не образуется достаточно устойчивая замкнутая структура. После этого отсоединение белковых элементов происходит значительно медленнее, чем присоединение новых.
Исследование показало, как из большого числа возможных вариантов постепенно формируется одна определенная структура. По данным авторов, процесс идет через ограниченный набор устойчивых промежуточных состояний, а скорость перехода между ними зависит от расположения и числа контактов между белковыми элементами.
Разработанный метод можно использовать и для изучения других сложных биомолекулярных систем. Авторы считают, что он позволит подробнее исследовать механизмы формирования различных молекулярных комплексов. Понимание принципов сборки вирусных капсидов также важно для разработки искусственных белковых нанокапсул и противовирусных препаратов.
«Здесь мы объединяем масс-фотометрию (МП) с методом захвата отдельных молекул для мониторинга сборки отдельных вирусоподобных частиц (ВПЧ) в реальном времени с молекулярным разрешением», - говорится в статье.
Вирусоподобные частицы представляют собой белковые структуры, напоминающие вирусные оболочки. В работе исследователи использовали сконструированную самособирающуюся частицу mi3. Она состоит из 60 одинаковых белковых единиц, которые соединяются друг с другом и образуют замкнутую структуру. Такие частицы также изучаются как основа для многокомпонентных вакцин.
Подробно наблюдать процесс такой сборки до сих пор было трудно. Белковые элементы могут соединяться множеством способов, а промежуточные структуры часто существуют недолго. Ранее применявшиеся методы имели ограничения по скорости наблюдения, измерению массы или условиям проведения эксперимента. По словам авторов, до этой работы ни один экспериментальный подход не позволял проследить молекулярный механизм сборки капсида во всех необходимых деталях.
Для решения этой задачи ученые совместили масс-фотометрию, позволяющую определять массу отдельных молекулярных комплексов, с методом длительного наблюдения за отдельными молекулами. Благодаря этому исследователи следили за одной и той же формирующейся частицей и фиксировали изменение ее массы по мере присоединения новых белковых элементов.
Ученые выяснили, что сборка проходит через несколько устойчивых промежуточных состояний. Особенно важным оказалось образование замкнутого пятиугольного кольца. Оно стало наименьшей стабильной промежуточной структурой, после появления которой дальнейшая сборка частицы проходила быстрее.
При этом отдельные белковые элементы связываются друг с другом слабо и могут снова разъединяться. За счет этого система проходит через разные варианты соединения, пока не образуется достаточно устойчивая замкнутая структура. После этого отсоединение белковых элементов происходит значительно медленнее, чем присоединение новых.
Исследование показало, как из большого числа возможных вариантов постепенно формируется одна определенная структура. По данным авторов, процесс идет через ограниченный набор устойчивых промежуточных состояний, а скорость перехода между ними зависит от расположения и числа контактов между белковыми элементами.
Разработанный метод можно использовать и для изучения других сложных биомолекулярных систем. Авторы считают, что он позволит подробнее исследовать механизмы формирования различных молекулярных комплексов. Понимание принципов сборки вирусных капсидов также важно для разработки искусственных белковых нанокапсул и противовирусных препаратов.
