5 September 2023, 14:00

Капсид циповируса может быть использован для доставки лекарств

Большинство вирусов покрыты белковой оболочкой — капсидом, который защищает вирусный геном от пагубного воздействия окружающей среды и транспортирует его в заражаемую клетку. Вирусные и другие подобные белковые оболочки можно модифицировать и использовать для адресной доставки лекарств в поврежденные ткани и органы. Однако для этого необходимо хорошо понимать законы и механизмы, определяющие их структуру и свойства, включая механизм саморазборки вирусных оболочек при инфицировании.

Капсид циповируса может быть использован для доставки лекарств

Ученые из Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) с коллегами из Китая исследовали сложные белковые оболочки циповирусов, вызывающих кишечные инфекции у насекомых, включая знаменитого тутового шелкопряда. Эти вирусы уникальным тем, что их геном помимо капсида защищен еще и внешней оболочкой из белка полиэдрина, которую также называют вирусным полиэдром. Полиэдрин в больших количествах вырабатывается зараженными клетками и образует кристаллы в форме куба, напоминающие по форме кристаллы обычной поваренной соли. При сборке вирусных частиц капсиды циповирусов встраиваются внутрь этих белковых кристаллов, тем самым обретая дополнительную защиту от неблагоприятных факторов внешней среды, например экстремальных температур и моющих средств, уничтожающих большинство других вирусов. При этом, когда циповирус попадает в желудок насекомого, он сбрасывает полиэдриновую «броню» и получает возможность инфицировать клетки насекомого.

Предыдущие исследования показали, что полиэдриновые кристаллы растворяются в щелочной среде желудка насекомых, однако почему это происходит и как именно капсиды встраиваются в полиэдры, оставалось неясным.

Авторы новой работы с помощью математических расчетов и 3D-моделирования белковых молекул смогли впервые определить детальное устройство вирусных полиэдров со встроенными в них капсидами циповирусов, что не удавалось другим исследовательским группам, полагающимся лишь на современную микроскопию. Несмотря на то, что капсиды циповирусов имеют форму двадцатигранников, а вирусные полиэдры — кубическую форму, оболочка из полиэдрина, как установили исследователи, плотно прилегает к капсиду вируса. Такой плотный контакт — одна из причин невероятной стабильности образующейся структуры. Разработанная учеными модель показала, что внутри полиэдров могут образовываться полости или «гнезда», форма которых как раз подходит для размещения капсидов.

Ученые также определили причины разборки вирусного полиэдра в щелочной среде желудка насекомых. Расчеты показали, что в таких условиях белки этой оболочки приобретают отрицательный заряд и начинают отталкиваться друг от друга и от белков капсида, что приводит к разрушению полиэдра и высвобождению капсида.

Результаты работы могут быть использованы при проектировании наноконтейнеров для адресной доставки лекарств. Модифицируя белковые молекулы, можно влиять на то, какой заряд они будут иметь в тех или иных условиях, и, соответственно, при какой кислотности будет происходить разборка контейнера и высвобождение его содержимого.

«На сегодняшний день наноконтейнеры для доставки лекарств часто пытаются делать на основе углеродных нанотрубок. Однако у них есть недостатки: не совсем понятно, при каких условиях и как полезные молекулы, присоединенные к нанотрубкам, будут отсоединяться, достигая нужных тканей. Кроме того, нанотрубки могут быть токсичны для организма. Наше исследование показало, что разборкой белковых полиэдриновых капсул можно легко управлять, что делает их удобнее нанотрубок. Белки присутствуют во всех клетках и тканях нашего организма, они абсолютно безопасны и нетоксичны», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Сергей Рошаль, доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Нанотехнология» Южного федерального университета.

В дальнейшем авторы планируют разобраться, как на сборку и разборку капсидов влияет хиральность составляющих их белков, то есть отличия, подобные тем, что наблюдаются между правой и левой руками. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Nanoscale Advances.

Source:  Пресс-служба РНФ

News article publications

Read also

Глиомные клетки обмениваются друг с другом вирус-подобными частицами с мРНК
Ученые из МФТИ с коллегами выяснили, что клетки глиомы — опухоли мозга — могут обмениваться генетической информацией с помощью вирус-подобных частиц. Они формируются при участии белка вирусного происхождения, который образует капсидные контейнеры для мРНК. Результат исследования поможет разобраться в биологии развития глиом — наиболее распространенной и опасной формы рака головного мозга.
Cell Biology
Genetics
Virology
6 January 2024
Ученые смогли повернуть вспять старение слизистой матки
Специальные препараты - сеноморфики - вернули клеткам способность реагировать на действие гормонов, а также улучшили имплантацию зародыша. Подход позволит повысить шансы на успешное ЭКО.
Biochemistry
Cell Biology
Medicine
16 June 2022
Новое семейство белков беспозвоночных поможет в изучении энергообмена клетки
Вероятно, его представители участвуют в процессе энергетического обмена, который важен для превращения личинки во взрослую форму.
Biochemistry
Cell Biology
Evolution
Zoology of invertebrates
17 March 2022
Морские полисахариды проявили высокую активность против ВИЧ
Российские ученые показали, что полисахариды из тихоокеанских красных водорослей способны подавлять вирусное заражение клеток, в том числе и ВИЧ
Algology
Biochemistry
Pharmacology
Physical Chemistry
Virology
28 December 2021
Без активных форм кислорода стволовые клетки не смогли поделиться и совершили суицид
Эксперименты со стволовыми плюрипотентными клетками человека раскрыли особенности их окислительно-восстановительного гомеостаза
Biochemistry
Cell Biology
11 December 2021
Аллергическую реакцию можно снизить, воздействуя на энергетические станции клетки
Ученые МГУ имени М. В. Ломоносова показали, как можно бороться с аллергией при помощи митохондриальных антиоксидантов. Эти вещества помогли предотвратить высвобождение из тучных клеток веществ, запускающих аллергическую реакцию.
Biochemistry
Cell Biology
Immunology
Pharmacology
29 November 2021