Badania strukturalne domeny transbłonowej hemaglutyniny wirusa grypy

Grypa to choroba układu oddechowego, z która ludzkość boryka się od czasów starożytnych. Obecnie szacuje się, ze dotyka ona 10- 20% światowej populacji rocznie, i pomimo stosunkowo niskiej śmiertelności, powoduje do 650 000 zgonów rocznie. Ponadto, ze względu na wysoka częstość mutacji, wirus grypy jest stałym zagrożeniem wybuchu pandemii. Wirus grypy wnika do komórki gospodarza w celu replikacji i jest to możliwe dzięki fuzji otoczki lipidowej wirusa z błona komórkowa gospodarza. Pomimo kilkudziesięciu lat badan szczegóły tego ważnego etapu w cyklu życiowym wirusa pozostają nieuchwytne. Jego zrozumienie ma natomiast duża wartość zarówno z naukowego punktu widzenia, jak i ze względów praktycznych, jako niezbędny krok do opracowania nowatorskich terapii ukierunkowanych na wysoce zachowanych domenach fuzyjnych. Obiecującym nowym sposobem leczenia grypy jest wykorzystywanie inhibitorów, które spowolnią lub całkowicie zablokują fuzje błony lipidowej i zapobiegną przedostawaniu się materiału genetycznego wirusa do komórki gospodarza. W procesie fuzji pośredniczy wirusowe białko powierzchniowe – hemaglutynina (HA). HA jest białkiem trimerycznym, która zakotwicza swoje N-końcowe domeny, znane jako peptydy fuzyjne, do błony gospodarza, a następnie przechodząc zmianę konformacyjna zbliża (ruchem nożycowym) błonę wirusa i gospodarza na bliska odległość, umożliwiając fuzje błon. Chociaż większość dotychczasowych badan koncentrowała sie na peptydach fuzyjnych, rola domeny kotwiczącej HA w błonie wirusa okazuje się mieć coraz większe znaczenie. Składa się ona z domeny transbłonowej (ang. transmembrane domain, TMD) i ogona cytoplazmatycznego (ang. cytoplasmic tail, CT), który jest zakotwiczony po wewnętrznej stronie wirusa. Podejrzewa się, ze bierze ona udział w zależnym od cholesterolu partycjonowaniu HA i wspiera przechylanie HA w stosunku do błony wirusowej. Podczas gdy trójwymiarowa struktura zewnętrznej części HA została ustalona metodami eksperymentalnymi, struktura domeny zakotwiczonej w błonie wirusa jest całkowicie nieznana. Szczególnie niewiele wiadomo na temat CT. Jest to krótki, wysoce zachowany i eksponowany na wirusowy cytozol peptyd. Posiada pięć aminokwasów, które są niezmienne we wszystkich typach HA i dwie lub trzy reszty cysteiny, które są potranslacyjnie modyfikowane kwasem palmitynowym i stearynowym. Co ciekawe, wysoka konserwacja tych aminokwasów sugeruje znaczenie funkcjonalne, ale szczegóły i faktyczna rola w procesie fuzji pozostają nieuchwytne. Żadna metoda eksperymentalna nie jest w stanie ujawnić natywnej struktury domeny kotwiczącej HA ze względu na silna tendencje CT do agregacji w środowiskach naśladujących błonę. Możliwość wypełnienia luk w wiedzy eksperymentalnej jest oferowana przez coraz bardziej niezawodne podejścia obliczeniowe, które czerpią korzyści z ogromnego postępu technologicznego i metodologicznego w ostatnich latach. W ramach tego projektu przeprowadzimy obszerne symulacje komputerowe kotwicy błonowej HA w pełnej rozdzielczości atomowej. Scharakteryzujemy przejścia pomiędzy sugerowanymi w eksperymencie geometriami TMD, które wspierają przechylanie HA względem błony wirusa. Szczególna uwagę skupimy na wpływie stężenia cholesterolu na ten proces. Druga cześć tego projektu będzie poświęcona strukturalnej charakterystyce CT, uwzględniając w jej opisie wysoce zachowane sekwencje aminokwasów. Na koniec rozważymy pełna strukturę TMD-CT (ryc. 1), i porównując wyniki uzyskane dla samego TMD, określimy prawdopodobna role funkcjonalna CT, w szczególności udział tego elementu w wykrywaniu cholesterolu przez HA. Realizując ten projekt i wypełniając luki niedostępne dla badan eksperymentalnych, wniesiemy istotny wkład w obecna wiedze dotycząca struktury i funkcji domeny kotwiczącej HA.