Observation i re altid af influenza A-hæmagglutinins strukturelle dynamik under viral indtrængen

Observation i re altid af influenza A-hæmagglutinins strukturelle dynamik under viral indtrængen
Observation i re altid af influenza A-hæmagglutinins strukturelle dynamik under viral indtrængen
Anonim

I modsætning til levende organismer skal vira for at undgå udryddelse kapre levende værtsmaskiner for at generere nye vira. Det ødelæggende respiratoriske virus, influenza A-virus, bruger sine hæmagglutinin (HA)-proteiner til at søge efter egnede værtsceller. Generelt har HA to vigtige funktioner: udvælgelse af værtscelle og viral indtræden. Ved binding til værtsceller bringes influenza A-virus ind i værtsceller via endocytose. En lipid-dobbeltlagslast, kendt som endosom, transporterer influenza A-virus fra cellemembranen ind i værtscellens cytoplasma. Selvom miljøet inde i endosomet er surt, forbliver influenza A-virus i live. Mere slående, HA gennemgår strukturel ændring for at mediere viral membran for at fusionere med værtens endosomale membran for at danne et hul for at frigive virale komponenter. Generering af denne fusionsbegivenhed er uddybet som fusogen, og derfor kaldes strukturelle ændringer af HA, der er nødvendige for denne hændelse, som fusogen overgang. Mekanismen bag denne begivenhed er blevet opbevaret i Pandoras æske i årtier på trods af omfattende undersøgelser, der er blevet udført for at afsløre dens mysterium. Nu har Keesiang Lim og Richard Wong fra Kanazawa University og kolleger studeret den molekylære dynamik af HA ved hjælp af højhastigheds atomkraftmikroskopi, en teknik, der muliggør re altidsvisualisering af molekyler på nanoskala. Forskerne var ikke kun i stand til at registrere den fusogene overgang af HA, men også observere dens interaktion med exosomer (en lipid-dobbeltlagslast svarende til endosom frigivet af celler til det eksterne miljø).

Forskerne observerede oprindeligt den native konformation af HA under neutral fysiologisk buffer, en tilstand, der ligner en neutral tilstand i værtscellen (en pH på 7.6). I denne tilstand blev HA vist som en ellipsoide, hvilket er i overensstemmelse med resultater genereret af andre værktøjer såsom røntgenkrystallografi og kryo-elektronmikroskopi. Wong og kolleger har med succes registreret den fusogene overgang, som skete, når HA blev udsat for et surt miljø. Deres HS-AFM resultater illustrerede en overgang af HA fra en ellipsoide til en Y-form sammen med deklination af højde og cirkularitet/rundhed af HA over tid. Forskerne forsikrer, at konformationsændringen sker, fordi en bestemt underenhed af HA blev let at fordøje af trypsin efter overgangen.

For at studere, hvordan HA kan lette fusionen mellem viral membran og værtsendosommembran, lod Wong og kolleger HA interagere med exosomer, en lipid-dobbeltlagslast, der efterligner endosom. HA-exosom-interaktionen forventes at ligne HA-endosom-interaktionen under membranfusion. Under interaktionen blev konformationsændring af HA fundet igen, før den lagde sig fast på et exosom. Fusogen overgang frigiver et bestemt peptid, kendt som fusionspeptid, som senere indsættes i den exosomale membran, hvilket gør det muligt for HA-molekylet at indlejre sig på membranen. Forskerne fandt også beviser for, at HA-exosom-interaktionen forårsagede deformation eller brud på exosomet, hvilket førte til en 'lækage' af exosomale materialer.

Resultaterne af Wong og kolleger giver vigtig indsigt i mekanismen for HA-medieret membranfusion. Derudover viser deres arbejde også fordelene ved HS-AFM til at studere biologiske processer. Lim og Wong kommenterede opmuntrende: "Denne undersøgelse antyder kraftigt, at HS-AFM er et gennemførligt værktøj, ikke kun til at undersøge den molekylære dynamik af virale fusionsproteiner, men også til at visualisere interaktionen mellem virale fusionsproteiner og deres målmembraner."

Baggrund

Influenza A hæmagglutinin Influenza A hæmagglutinin (HA) er et protein, der findes på overfladen af influenza A-virus (den skyldige, der forårsager 'influenza' eller influenza), og spiller en nøglerolle i viral smitteevne. HA's funktioner omfatter binding af influenza A-virus til målceller og viral indtrængning. Efter at virussen binder sig til sin værtscelle, fanges den i en lipid-dobbeltlagslast kendt som endosom og går efterfølgende ind i værtscytoplasma. Denne proces kaldes endocytose. Surt miljø i endosomet udløser strukturændringer af HA for at tillade HA at orkestrere fusion mellem viral membran og værtens endosomale membran. Endelig kan virale komponenter frigives til værtsceller og nye vira vil blive lavet. De vigtigste målceller hos mennesker er typisk placeret i de øvre luftveje. Richard Wong fra Kanazawa University og kolleger har nu anvendt højhastigheds atomkraftmikroskopi til at studere den fusogene overgang af HA og interaktionen af HA med lipid-dobbeltlagsmembraner.

Atomic force microscopy Atomic force microscopy (AFM) er en billeddannelsesteknik, hvor billedet dannes ved at scanne en overflade med en meget lille og skarp spids. Vandret scanningsbevægelse af spidsen styres via piezoelektriske elementer, mens vertikal bevægelse omdannes til en højdeprofil, hvilket resulterer i en højdefordeling af prøvens overflade. Da teknikken ikke involverer linser, er dens opløsning ikke begrænset af den såkaldte diffraktionsgrænse som for eksempel ved røntgendiffraktion. I en højhastighedsopsætning (HS-AFM) kan metoden bruges til at producere film af en prøves strukturelle ændringer i re altid, da ét biomolekyle kan scannes på 100 ms eller mindre. Wong og kolleger har med succes anvendt HS-AFM-teknikken til at studere den fusogene overgang af HA, og hvordan den smelter sammen med biologiske partiklers membraner.

Populært emne.