Доказательства «сжатия» ДНК могут однажды привести к созданию нового класса лекарств против вирусов, по мнению исследовательской группы из Медицинской школы Перельмана при Университете Пенсильвании , Технологического института Джорджии и Колумбийского университета. Группу возглавляет Стивен К. Харви, доктор философии , адъюнкт-профессор кафедры биохимии и биофизики Пенсильванского университета. Ученые сообщают в The Journal of Physical Chemistry Bчто ДНК может проходить через повторяющийся цикл сжатия и удлинения, или, как они выражаются, «сжатие», чтобы генерировать силы, необходимые для вталкивания ДНК в вирус во время репликации. Лучшее понимание вирусного размножения может стать основой новых способов борьбы с инфекционными патогенами.
Постепенное заполнение вирусного капсида (синий овал, левая панель) ДНК (желтый), которая направляется в капсид белковым мотором (красный).
Фото: Стивен Харви, доктор философии, Медицинская школа Перельмана, Пенсильванский университет.
Во время репликации вирусы захватывают механизм клетки-хозяина, чтобы делать копии своего генетического материала и строить белковые оболочки, называемые капсидами, которые содержат их геномную ДНК или РНК. В некоторых ДНК-вирусах, таких как герпесвирусы, сначала образуется пустой капсид, а затем ДНК упаковывается с помощью белкового «двигателя» на капсиде.
В 2015 году Харви предположил, что традиционная модель, в которой белки толкают ДНК вперед серией рычажных движений, может быть неверной. Он предположил, что белки могут вызвать цикл дегидратации и регидратации ДНК. Известно, что при обезвоживании ДНК укорачивается примерно на 25 процентов. Он предположил, что результирующий цикл движений укорачивания и удлинения может быть связан с циклом освобождения захвата ДНК-белка для создания движения вперед. Он назвал это «моделью червяка».
«В течение некоторого времени мы размышляли о том, как вирусная ДНК попадает в капсид, чтобы однажды мы могли заблокировать этот шаг, чтобы остановить заражение», - сказал Харви. Они протестировали модель червяка-червяка в серии компьютерных симуляций. Структура вирусов герпеса неизвестна с достаточным разрешением, чтобы позволить такое моделирование, поэтому команда исследовала упаковку ДНК в phi29, ДНК-вирусе с аналогичной структурой, который заражает бактерии. Они исследовали взаимодействие ДНК с соединительными белками phi29, которые образуют половину белкового двигателя. ДНК спонтанно претерпевала сморщивающие движения без толкания или тяги белковых рычагов. Это первая поддержка модели scrunchworm.
Очень важно протестировать модель червя-червя экспериментально, и Харви объединился с двумя другими исследовательскими группами, чтобы проверить прогнозы, сделанные с помощью модели червя-червя. Они включают захват одной вирусной частицы парой «лазерного пинцета» и вытягивание за хвост ДНК во время упаковки ДНК. Модель предсказывает, что ДНК с разными последовательностями будут генерировать разное количество силы и что ДНК со вставками РНК не могут быть упакованы.
«Даже если эти эксперименты опровергают модель червя-червяка, они предоставят информацию, которая поможет нам понять, как работают эти двигатели», - сказал Харви. «Цель моделирования - стимулировать эксперименты и моделирование, которые улучшают наше понимание, независимо от того, как они заканчиваются».
Эта работа финансировалась Национальными институтами здравоохранения (R01-GM070785) и Национальным научным фондом.
