Pesquisadores norte-americanos determinaram a estrutura química exata do capsídeo do HIV, uma camada protéica que protege o material genético do vírus e é a chave para sua virulência, uma descoberta que pode levar a novas formas de se defender um vírus que muda constantemente, de acordo com a capa da revista 'Nature'. O capsídeo tornou-se um alvo atraente para o desenvolvimento de novos medicamentos anti-retrovirais.
Os cientistas há muito tentam entender como o capsídeo do HIV é construído e, para isso, usam uma variedade de técnicas de laboratório, como criomicroscopia eletrônica, tomografia crio-MS, espectroscopia de ressonância magnética nuclear e cristalografia de raios-X, para observar partes individuais do capsídeo, a fim de revelar detalhes e obter um sentido completo.
No entanto, até a chegada dos supercomputadores em escala peta, ninguém conseguia reunir todo o capsídeo do HIV, um conjunto de mais de 1.300 proteínas idênticas que formam uma estrutura em forma de cone, detalhada no nível atômico. Simulações que adicionam as peças que faltam no quebra-cabeça foram realizadas durante os testes do 'Blue Waters', um novo supercomputador do Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação da Universidade de Illinois, em Urbana-Champaign, Estados Unidos.
"Esta é uma estrutura grande, uma das maiores estruturas já resolvidas", disse Klaus Schulten, professor de Física da Universidade de Illinois, que, com o pesquisador de pós-doutorado Juan R. Perilla, conduziu as simulações moleculares dos dados. integrado a partir de experimentos de laboratório realizados por colegas da Universidade de Pittsburgh e da Universidade de Vanderbilt, ambos nos Estados Unidos. "Ficou muito claro que muita simulação seria necessária, a maior já publicada. A participação de 64 milhões de átomos", disse ele.
Pesquisas anteriores haviam mostrado que o capsídeo do HIV contém uma série de proteínas idênticas. Os cientistas sabiam que as proteínas estão dispostas em pentágonos e hexágonos e supunham que os pentágonos formavam os cantos mais fortemente arredondados do capsídeo formavam visao com um microscópio eletrônico, mas não sabiam quantos desses blocos de construção de proteínas eram necessários ou como os pentágonos e Hexágonos se juntam para formar o capsídeo.
Dirigida pelo professor de biologia estrutural Peijun Zhang, a equipe de Pittsburgh expôs os componentes básicos do capsídeo a condições de alta salinidade, levando as proteínas a se unirem em tubos feitos de hexágonos. Outros experimentos revelaram interações entre regiões específicas de proteínas que são "fundamentais para a montagem da cápside e a estabilidade e infecciosidade viral", relatam os pesquisadores.
A equipe também realizou uma tomografia crioeletrônica do capsídeo completo, cortada em seções para obter uma idéia aproximada de sua forma geral. Perilla e Schulten usaram os dados desses experimentos e de suas próprias simulações das interações entre hexâmeros e pentâmeros para realizar uma série de simulações em computador em larga escala que representavam as propriedades estruturais dos blocos de construção do capsídeo.
"O trabalho de combinar o capsídeo geral, composto de 64 milhões de átomos, com os vários dados experimentais, só pode ser feito através de simulação em computador usando uma metodologia que desenvolvemos chamada ajuste flexível da dinâmica molecular", explicou Schulten. É basicamente para simular as características físicas e o comportamento de grandes moléculas biológicas, além de incorporar os dados na simulação para que o modelo realmente se mova em direção a uma concordância com os dados ".
As simulações revelaram que o capsídeo do HIV continha 216 proteínas do hexágono e 12 proteínas do pentágono dispostas como dados experimentais indicados. As proteínas que compõem esses pentágonos e hexágonos eram todas idênticas, mas, no entanto, os ângulos de união entre eles variavam de uma região do capsídeo para outra. "Esse é realmente o mistério", disse Schulten. "Como um único tipo de proteína pode formar algo tão variado quanto esse? A proteína tem que ser inerentemente flexível".
Os pentágonos "induzem a acentuada curvatura da superfície", relataram os pesquisadores, permitindo que o capsídeo fosse uma estrutura fechada que não seria possível se o capsídeo fosse composto apenas de hexágonos. A posse de uma estrutura química detalhada do capsídeo do HIV permitirá que os pesquisadores estudem melhor como ele funciona, com implicações para intervenções farmacológicas, a fim de interromper essa função, disse Schulten.
"O capsídeo do HIV na verdade tem duas casas completamente opostas", disse o pesquisador. "O material genético precisa ser protegido, mas uma vez que entra na célula, ele deve liberar o material genético em um momento muito bom: não muito rápido. é bom, muito lento não é bom. " A esse respeito, ele explicou que o momento da abertura do capsídeo é essencial para o grau de virulência do vírus, portanto, nesse momento, talvez seja a melhor maneira de interferir na infecção pelo HIV.
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Os cientistas há muito tentam entender como o capsídeo do HIV é construído e, para isso, usam uma variedade de técnicas de laboratório, como criomicroscopia eletrônica, tomografia crio-MS, espectroscopia de ressonância magnética nuclear e cristalografia de raios-X, para observar partes individuais do capsídeo, a fim de revelar detalhes e obter um sentido completo.
No entanto, até a chegada dos supercomputadores em escala peta, ninguém conseguia reunir todo o capsídeo do HIV, um conjunto de mais de 1.300 proteínas idênticas que formam uma estrutura em forma de cone, detalhada no nível atômico. Simulações que adicionam as peças que faltam no quebra-cabeça foram realizadas durante os testes do 'Blue Waters', um novo supercomputador do Centro Nacional de Aplicações de Supercomputação da Universidade de Illinois, em Urbana-Champaign, Estados Unidos.
"Esta é uma estrutura grande, uma das maiores estruturas já resolvidas", disse Klaus Schulten, professor de Física da Universidade de Illinois, que, com o pesquisador de pós-doutorado Juan R. Perilla, conduziu as simulações moleculares dos dados. integrado a partir de experimentos de laboratório realizados por colegas da Universidade de Pittsburgh e da Universidade de Vanderbilt, ambos nos Estados Unidos. "Ficou muito claro que muita simulação seria necessária, a maior já publicada. A participação de 64 milhões de átomos", disse ele.
Pesquisas anteriores haviam mostrado que o capsídeo do HIV contém uma série de proteínas idênticas. Os cientistas sabiam que as proteínas estão dispostas em pentágonos e hexágonos e supunham que os pentágonos formavam os cantos mais fortemente arredondados do capsídeo formavam visao com um microscópio eletrônico, mas não sabiam quantos desses blocos de construção de proteínas eram necessários ou como os pentágonos e Hexágonos se juntam para formar o capsídeo.
Dirigida pelo professor de biologia estrutural Peijun Zhang, a equipe de Pittsburgh expôs os componentes básicos do capsídeo a condições de alta salinidade, levando as proteínas a se unirem em tubos feitos de hexágonos. Outros experimentos revelaram interações entre regiões específicas de proteínas que são "fundamentais para a montagem da cápside e a estabilidade e infecciosidade viral", relatam os pesquisadores.
A equipe também realizou uma tomografia crioeletrônica do capsídeo completo, cortada em seções para obter uma idéia aproximada de sua forma geral. Perilla e Schulten usaram os dados desses experimentos e de suas próprias simulações das interações entre hexâmeros e pentâmeros para realizar uma série de simulações em computador em larga escala que representavam as propriedades estruturais dos blocos de construção do capsídeo.
"O trabalho de combinar o capsídeo geral, composto de 64 milhões de átomos, com os vários dados experimentais, só pode ser feito através de simulação em computador usando uma metodologia que desenvolvemos chamada ajuste flexível da dinâmica molecular", explicou Schulten. É basicamente para simular as características físicas e o comportamento de grandes moléculas biológicas, além de incorporar os dados na simulação para que o modelo realmente se mova em direção a uma concordância com os dados ".
As simulações revelaram que o capsídeo do HIV continha 216 proteínas do hexágono e 12 proteínas do pentágono dispostas como dados experimentais indicados. As proteínas que compõem esses pentágonos e hexágonos eram todas idênticas, mas, no entanto, os ângulos de união entre eles variavam de uma região do capsídeo para outra. "Esse é realmente o mistério", disse Schulten. "Como um único tipo de proteína pode formar algo tão variado quanto esse? A proteína tem que ser inerentemente flexível".
Os pentágonos "induzem a acentuada curvatura da superfície", relataram os pesquisadores, permitindo que o capsídeo fosse uma estrutura fechada que não seria possível se o capsídeo fosse composto apenas de hexágonos. A posse de uma estrutura química detalhada do capsídeo do HIV permitirá que os pesquisadores estudem melhor como ele funciona, com implicações para intervenções farmacológicas, a fim de interromper essa função, disse Schulten.
"O capsídeo do HIV na verdade tem duas casas completamente opostas", disse o pesquisador. "O material genético precisa ser protegido, mas uma vez que entra na célula, ele deve liberar o material genético em um momento muito bom: não muito rápido. é bom, muito lento não é bom. " A esse respeito, ele explicou que o momento da abertura do capsídeo é essencial para o grau de virulência do vírus, portanto, nesse momento, talvez seja a melhor maneira de interferir na infecção pelo HIV.
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