Понимание структуры интегразы ВИЧ открывает путь к новым терапевтическим средствам

Исследователи использовали криоэлектронную микроскопию для изучения того, как фермент ВИЧ-интеграза встраивает свою ДНК в геном хозяина и упаковывает свой генетический материал в новые вирусные частицы.

ВИЧ - это пожизненная инфекция, которая без надлежащего противовирусного лечения убивает клетки иммунной системы и делает людей восприимчивыми к инфекциям и раку. Долговечность этого вируса обусловлена его способностью интегрироваться в геном хозяина с помощью фермента интегразы. Недавно исследователи показали, что интеграза также связывает РНК ВИЧ во время сборки вириона, что еще раз подчеркивает важность этого фермента.

Для выполнения этих функций отдельные белки-интегразы объединяются в мультимеры. Предыдущие исследования показали, что они собираются в тетрамеры, а затем в 16-мерную структуру, называемую интасомой. Однако эти предполагаемые структуры не были подтверждены у ВИЧ. Из-за решающей роли интегразы в развитии ВИЧ-инфекции многие исследователи изучают ингибиторы против этого белка. Понимание его трехмерной структуры могло бы помочь в этих усилиях.

Дмитрий Люмкис, специалист по структурной биологии из Института биологических исследований Солка (США), и его коллеги использовали криоэлектронную микроскопию (крио-ЭМ), чтобы выявить структуру комплексов ВИЧ-интеграз, когда они связываются с ДНК или РНК. Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, могут помочь исследователям в дальнейшем изучении функций интегразы. взаимодействия с РНК и разработка более совершенных методов лечения ВИЧ. “Мы создали первые 3D-чертежи структуры интеграз на этих важнейших этапах репликации ВИЧ”, - сказал Люмкис. "Теперь мы можем использовать эти данные для разработки новых лекарств, которые соответствуют этой структуре и останавливают разрушительный процесс инвазии и размножения ВИЧ-1”.

Чтобы экспрессировать и выделять тетрамеры интегразы, исследователи стабилизировали эти структуры доменом белка-хозяина, который связывает их во время интеграции вирусной ДНК. Используя крио-ЭМ, они показали, что тетрамер обладает двойной симметрией и что С-концевые домены отдельных белков-интеграз удерживают структуру вместе благодаря взаимодействиям между линкерами, другими С-концевыми доменами и с N-концевыми доменами. Затем исследователи изучили формирование интасомы (комплекс интегразы и вирусной нуклеиновой кислоты - прим.ред.). Они использовали ингибитор интегразы для стабилизации этой структуры, а затем крио-ЭМ для создания полной карты всей интасомы. Авторы показали, что четыре тетрамера взаимодействуют, образуя 16-мерную структуру, в которой связи между доменами, аналогичные тем, которые наблюдаются для отдельных тетрамеров, стабилизируют интасому.

Наконец, исследователи изучили, как стабилизирующие взаимодействия между доменами способствуют образованию этих комплексов и роли интегразы. Они идентифицировали солевой мостик — водородную связь между двумя остатками с противоположным зарядом — между аминокислотами в N- и C-концевых доменах. Когда они мутировали эти участки в аминокислоты с противоположным зарядом, они наблюдали снижение или полную отмену тетрамеризации интегразы. Это коррелировало со снижением способности белка способствовать интеграции ДНК и связыванию РНК.

Люмкис отметил, что исследователи продолжают изучать эти недавно обнаруженные функции, связанные с участием РНК интегразы. “Определение того, как интеграза взаимодействует с РНК, поможет нам лучше понять эту новую роль и послужит основой для разработки новых и более эффективных методов лечения ВИЧ”, - сказал он.