Newswise — Ежегодно около миллиона человек во всем мире заражаются ВИЧ — вирусом, вызывающим СПИД. Чтобы воспроизвести и распространить инфекцию, вирус должен переправить свой генетический материал в ядро ​​клетки и интегрировать его в хромосому. Исследовательские группы под руководством Дирка Гёрлиха из Института междисциплинарных наук Макса Планка и Томаса Шварца из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружили, что его капсид превратился в молекулярный переносчик. Таким образом, он может напрямую нарушить важнейший барьер, который обычно защищает ядро ​​клетки от вирусных захватчиков. Такой способ контрабанды делает вирусный геном невидимым для антивирусных сенсоров в цитоплазме.

Спустя сорок лет после того, как вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) был обнаружен как причина СПИДа, у нас есть методы лечения, которые эффективно держат возбудитель под контролем, но лекарства до сих пор не существует. Вирус заражает определенные иммунные клетки и захватывает их генетическую программу, чтобы размножаться и воспроизводить собственный генетический материал. Зараженные клетки затем производят следующее поколение вирусов, пока не будут окончательно уничтожены. Симптомы иммунодефицита при СПИДе возникают в результате массовой потери иммунных клеток, которые обычно борются с вирусами и другими патогенами.

Чтобы использовать ресурсы клетки-хозяина, ВИЧ должен переправить свой генетический материал через линии клеточной защиты в ядро ​​клетки. Ядро, однако, тщательно охраняется. Его ядерная оболочка предотвращает попадание нежелательных белков или вредных вирусов в ядро ​​и неконтролируемый выход макромолекул. Тем не менее, отдельные белки могут пройти, поскольку барьер не герметичен.

Тысячи крошечных ядерных пор в ядерной оболочке обеспечивают проход. Они контролируют эти транспортные процессы с помощью импортинов и экспортинов — молекулярных транспортеров, которые захватывают грузы с действующими молекулярными «парольными кодами» и доставляют их через канал ядерных пор. «Умный» материал превращает эти поры в одну из самых эффективных в природе машин для сортировки и транспортировки.

«Умная» сортировка в ядерной поре

Этот «умный» материал, называемый ФГ-фазой, желеобразен и непроницаем для большинства макромолекул. Он заполняет и блокирует канал ядерной поры. Импортины и экспортины, однако, могут проходить сквозь них, поскольку их поверхности оптимизированы для прохождения через фазу FG.

Контроль границ ячейки на этапе FG происходит чрезвычайно быстро – в течение миллисекунд. Точно так же его транспортная способность огромна: одна ядерная пора может переносить через свой канал до 1000 транспортеров в секунду. Даже при такой высокой плотности движения барьер ядерных пор остается нетронутым и продолжает препятствовать нежелательному пересечению границы. Однако ВИЧ подрывает этот контроль.

Контрабандный генетический материал

«ВИЧ упаковывает свой геном в капсид. Недавние данные свидетельствуют о том, что геном остается внутри капсида до тех пор, пока не достигнет ядра, а значит, и при прохождении ядерной поры. Но существует проблема с размером», — объясняет Томас Шварц из Массачусетского технологического института. Центральный поровый канал имеет ширину от 40 до 60 нанометров. Капсид имеет ширину около 60 нанометров и может просто протиснуться через пору. Однако обычный клеточный груз все равно будет покрыт транспортным слоем, который добавляет еще как минимум десять нанометров. Тогда капсид ВИЧ будет иметь ширину 70 нанометров – слишком большой для ядерной поры. «Тем не менее криоэлектронная томография показала, что капсид ВИЧ попадает в ядерную пору. Но то, как это происходит, в сфере ВИЧ-инфекции до сих пор остается загадкой», — говорит директор Max Planck Герлих.

Камуфляж как молекулярный транспортер

Вместе со Шварцем он теперь обнаружил, как вирус преодолевает проблему размера, а именно с помощью сложной молекулярной адаптации. «Капсид ВИЧ превратился в транспортер с поверхностью, напоминающей импортин. Таким образом, он может скользить через фазу FG ядерной поры. Таким образом, капсид ВИЧ может проникнуть в ядерную пору, не помогая транспортерам, и обойти защитный механизм, который в противном случае предотвращает проникновение вирусов в ядро ​​клетки», — объясняет биохимик.

Его команде удалось воспроизвести фазы ФГ в лаборатории. «Под микроскопом фазы ФГ выглядят как сферы микрометрового размера, которые полностью исключают нормальные белки, но фактически поглощают капсид ВИЧ с его содержимым», — сообщает Лиран Фу, один из первых авторов исследования, опубликованного в журнале. Природа . «Аналогичным образом капсид всасывается в канал ядерной поры. Это происходит даже после того, как все клеточные транспортеры были удалены».

В одном отношении капсид ВИЧ фундаментально отличается от ранее изученных транспортеров, которые проходят через ядерные поры: он полностью инкапсулирует свой груз и, таким образом, скрывает свою геномную полезную нагрузку от антивирусных сенсоров в цитоплазме. Используя этот трюк, вирусный генетический материал можно пронести через клеточную систему защиты от вирусов, не распознав и не уничтожив. «Это делает его еще одним классом молекулярных переносчиков наряду с импортинами и экспортинами», — подчеркивает Герлих.

До сих пор остается много вопросов без ответа, например, где и как капсид распадается, высвобождая свое содержимое. Однако тот факт, что капсид является импортиноподобным переносчиком, однажды может быть использован для улучшения методов лечения СПИДа.