בגלל שווירוסים צריכים לחטוף תא של מישהו אחר כדי לשכפל, הם הצליחו מאוד בזה – להמציא כל מיני טריקים.
מחקר חדש של שני מדענים מאוניברסיטת שיקגו חשף כיצד HIV מתפתל אל תוך הגרעין בזמן שהוא פולש לתא.
לפי המודלים שלהם, קפסיד ה-HIV, שהוא בצורת חרוט, מכוון את קצהו הקטן יותר לתוך הנקבוביות של הגרעין ואז חוגר את עצמו פנימה. ברגע שהנקבובית פתוחה מספיק, הקפסיד אלסטי מספיק כדי להידחק דרכו. חשוב לציין, אמרו המדענים, הן הגמישות המבנית של הקפסיד והן הנקבובית עצמה ממלאות תפקיד בתהליך החדירה.
הממצא, שנוצר על ידי סימולציה של אלפי חלבונים באינטראקציה, יצביע על הדרך להבנה טובה יותר של HIV וכן יציע מטרות חדשות לתרופות טיפוליות.
לדוגמה, אתה יכול לנסות להפוך את קפסיד ה-HIV לפחות אלסטי, מה שמצביע על כך שהנתונים שלנו יפגעו ביכולתו להיכנס לתוך הגרעין".
Arpa Hudait, מדען מחקר ב- UChicago והמחבר הראשון של המאמר
המחקר מספק גם את הסימולציה הנרחבת ביותר עד כה של הנקבובית הגרעינית עצמה, שהיא חשובה בתהליכים ביולוגיים רבים.
קפסיד לעומת תא
Hudait הוא חבר במעבדתו של גרגורי ווט, פרופסור השירות המצטיין של הייג פ.פפאזיאן לכימיה, המתמחה בסימולציות לפירוק התהליכים הביולוגיים המורכבים המתרחשים כאשר וירוסים תוקפים תא.
במקרה זה, Voth ו-Hudait התמקדו במה שמכונה קפסיד ה-HIV-; הקפסולה המכילה את החומר הגנטי של ה-HIV, אשר חודר לגרעין התא המארח ומאלץ את התא ליצור עותקים של מרכיבי ה-HIV המרכזיים.
הקפסיד הוא מכונה מורכבת, העשויה מיותר מאלף חלבונים המורכבים לצורה דמוית חרוט, עם קצה קטן יותר ויותר. כדי להיכנס לגרעין התא המארח, הוא חייב להתגנב פנימה. אבל מדענים לא ידעו בדיוק איך זה קורה. "החלק הזה היה תעלומה במשך שנים", אמר ווט, הסופר הבכיר בעיתון. "במשך זמן רב אף אחד לא היה בטוח אם הקפסיד התפרק לפני שנכנס לנקבוביות או לאחר מכן, למשל".
מחקרי הדמיה עדכניים העלו שהקפסיד נשאר שלם ומתפתל דרך קומפלקס הנקבוביות הגרעיניות. זהו בעצם חריץ הדואר שבו הגרעין שולח ומקבל משלוחים.
"תסביך הנקבוביות הוא חתיכת מכונות מדהימה; הוא לא יכול להכניס סתם שום דבר לגרעין התא שלך, אחרת תהיה בצרות אמיתיות, אבל הוא חייב להכניס לא מעט דברים. ואיכשהו, קפסיד HIV הבין איך להתגנב פנימה", אמר ווט. "הבעיה היא שאנחנו לא יכולים לצפות בזה בשידור חי. אתה צריך ללכת למאמצים ניסיוניים הרואיים כדי לקבל אפילו תמונת מצב בודדת ברגע בזמן".
כדי להשלים את החסר, הודאיט בנתה הדמיית מחשב קפדנית של קפסיד ה-HIV וגם של תסביך הנקבוביות הגרעיניות, המהווה אלפי חלבונים הפועלים יחד.
בהפעלת הסימולציות, המדענים ראו שקל הרבה יותר לקפסיד להיכנס לנקבוביות על ידי כניסת הקצה הקטן ביותר שלו פנימה תחילה, ואז בהדרגה להכניס את עצמו פנימה. "זה לא צריך עבודה אקטיבית כדי לעשות את זה, זה רק פיזיקה -; מה שאנו מכנים מחגר אלקטרוסטטי," אמר ווט. "זה בערך כמו שאם אי פעם חגורת חגורת בטיחות עליך, שבה היא רק מתהדקת יותר ויותר".
הם גם מצאו שהנקבובית והקפסיד מעוותים תוך כדי. מעניין לציין שסריג המולקולות המרכיבות את מבנה הקפסיד מפתח אזורים קטנים בסדר פחות כדי להכיל את הלחץ של הלחץ. "זה לא כמו דחיסה מוצקה או התרחבות, כפי שניתן היה לצפות", אמר הודאיט.
הממצא עשוי לעזור להסביר מדוע קפסידים הם בצורת חרוט, ולא צורה כמו גליל, שאולי נראה בהתחלה שקל יותר להחליק דרך נקבובית.
המדענים אמרו שכל פרט במסעו של HIV בגוף הוא הזדמנות למצוא נקודות תורפה שבהן ניתן לפתח תרופות למטרתן. זה גם מבט במובן הרחב יותר על היבט בסיסי של הביולוגיה.
"אני חושב שהמודל הזה גם נותן לנו דרך חדשה להבין כמה דברים נכנסים לגרעין, לא רק HIV", אמר ווט.
ההדמיות בוצעו במרכז המחשוב המתקדם של טקסס באוניברסיטת טקסס באוסטין ובמרכז מחשוב המחקר ב-UCChicago.
