Вирус гриппа показал спектроскопистам, как он заражает клетку

ЯМР-спектроскопия позволила ученым на атомарном уровне рассмотреть, как устроен и работает канал по перекачке протонов, необходимый для размножения вируса гриппа. Осталось найти средства, который могут эффективно перекрыть этот канал.

Сразу две группы ученых исследовали жизнедеятельность вируса гриппа А на атомарном уровне.

Команды под руководством Хун Мэй (Mei Hong), профессора химии Университета штата Айова (Iowa State University), и команда Чжоу Хуань-Сян (Huan-Xiang Zhou) из Университета штата Флорида (Florida State University) разобрались в механизме работы мембранного протонного канала, который необходим для размножения вируса в клетке хозяина.

Инфицирование начинается с присоединения вирусной частицы к клетке хозяина, затем клетка затягивает вирус внутрь. Проникнув в клетку, вирус начинает размножаться. Сначала на мембране вирусной частицы открывается канал, через который внутрь вируса поступают протоны – ионы H⁺. Повышная кислотность внутренней среды, вирус запускает процесс, который высвобождает в клетку генетический материал. Ну а затем, используя ферментные системы хозяина, вирус многократно размножает свой геном.

Разобраться с вирусом помогает магнит

Чтобы понять, как работает протонный канал, как одна, так и другая группы применили метод твердотельной ядерно-магнитной резонансной (ЯМР) спектроскопии (solid-state nuclear magnetic resonance (NMR). Метод позволил с высоким разрешением получить изображение канала в его разных функциональных состояниях. На этом примере ученые продемонстрировали возможности метода в изучении химии и динамики мембранных белков. Результаты обоих исследований обрисовали сходную картину механизма перекачки протонов от хозяина к вирусу.

Как устроен шлюз для протонов

Канал образован белком М2, и ученые изучили строение трансмембранного домена этого белка. Оказалось, ключевым элементом работы протонного канала служит аминокислота гистидин в 37-м положении (His37). Остатки гистидина из четырех белковых цепей объединяются в виде тетрамера и образуют кольцо. При высоком рН (в щелочной среде) это кольцо неподвижно, а при низком рН (в кислой среде) оно изменяет конфигурацию из-за того, что остатки гистидина сдвигают свою ориентацию на 45 градусов. Такая трансформация происходит со скоростью 50 тысяч раз в секунду. Это рабочее состояние для проведения внутрь протонов. Поставщиками протонов из клетки хозяина служат ионы Н₃О⁺. Они подходят к кольцу и соединяются водородными связями с гистидином, а при изменении конфирурации кольца отсоединяются во внутреннее пространство вирусной частицы.

Надежды на новые блокаторы

Хун Мэй с соавторами называют такую схему работы канала «челночной». «Гистидин работает как челнок, -- объясняет Мэй. – Он подхватывает протон снаружи и перегоняет его внутрь. Понимание работы этого механизма позволит создать лекарственные средства, которые блокируют работу канала». «Теперь мы располагаем подробной картой мишени, которую нам предстоит атаковать», -- говорит Дэвид Бьюсэт (David Busath), участник второго исследования.

Ученые считают, что протонный канал можно рассматривать как «ахиллесову пяту» вируса гриппа. Они указывают, что на эту мишень направлено действие известных препаратов против гриппа, таких как амантадин и римантадин. Все бы хорошо, но малейшее изменение на атомарном уровне делает вирус устойчивым к действию этих лекарств. Поэтому необходимо искать другие блокаторы протонного канала, более универсальные. Так что специалисты Университета Флориды на виртуальной модели протонного канала занимаются скринингом миллионов соединений, чтобы найти среди них потенциальные противовирусные лекарства. А с текущми результатами обеих работ можно ознакомиться в журнале Science.