![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
paroh posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
ru_crunching25 мая 2020 г, Люси Делемотт
Ионные каналы действуют как двери для клеток: они открываются и закрываются, чтобы впускать и выпускать частицы, несущие электрический заряд, ионы. Поэтому ионные каналы лежат в основе функции возбудимых клеток, таких как нейроны, сердечные или мышечные клетки, которые несут небольшие электрические токи, поддерживающие наши движения, мысли и рефлексы.
Вирусные ионные каналы могут быть направлены блокатором ионных каналов
Вирусы также в большинстве случаев используют ионные каналы, хотя еще не всегда ясно, насколько важен транспорт ионов для вируса. Предполагается, что вирусные ионные каналы, также называемые виропоринами, предположительно являются лучшими противовирусными мишенями.
История этих лекарств начинается с амантадина, лекарства от гриппа (гриппа A), которое используется с 1966 года. Амантадин использовался в течение почти 20 лет без понимания механизма его действия. Затем, в 1985 году, было понято, что амантадин действует как блокатор для ионного канала гриппа М2. Чуть позже стало понятно, что ингибирование М2 амантадином снижает способность вируса выполнять ранние этапы репликации. Сегодня, благодаря структурной биологии и моделированию молекулярной динамики, у нас есть четкая картина того, как амантадин блокирует канал М2 и почему определенные мутации гриппа приводят к устойчивости к этому препарату и его производным.
Амантадин (сферы) связан с каналом гриппа M2 (серые спирали), блокируя поток ионов через центральную пору.
Амилорид (продается под торговым названием Midamor) является лекарством, используемым для лечения высокого кровяного давления. По-видимому, он блокирует ионный канал, образующий белок Vpu из вируса ВИЧ-1, а также ионный канал белка оболочки из коронавируса. Никто не понимает механизм для этого блока белка оболочки. Это то, что мы пытаемся понять, используя folding@home!
Структура белка оболочки
Белок оболочки (E) является наименьшим из структурных белков, необходимых для сборки вируса. Вместе с мембранным белком он, по-видимому, важен для образования вирусной частицы в клетке человека, так как он помогает мембранной кривой, которая является первым этапом образования вируса.
Представление вируса SARS-CoV-2 от Klick Health. Белок оболочки представлен голубым, а липиды, составляющие вирусную мембрану, светло-розового цвета. Copyright (C) 2020 Klick Inc.
Мы еще не знаем, как выглядит белок оболочки SARS-CoV-2 с атомным разрешением, но, к счастью, у нас есть структуры белка оболочки SARS-CoV, которые, как ожидается, будут очень похожи. Структуры показывают, что канал собирается в виде пентамера, то есть пять белков одного и того же вида (так называемые мономеры) собираются вместе, образуя путь, по которому будут транспортироваться ионы.
Установка симуляции МД (молекулярной динамики), которую мы используем на folding@home. Белок оболочки пентамера SARS_CoV (голубой) в липидах, образующих мембрану (светло-розовый). Сферы вокруг - это ионы (положительно заряженные ионы красного цвета, отрицательно заряженные ионы оранжевого цвета).
Как и другие ионные каналы, эти белки плавают в море липидов, которые составляют мембрану. Помните, что причина, по которой мытье рук с мылом является эффективным способом избавления от этого вируса, заключается в том, что он покрыт липидами, которые прилипают к нашей коже, но также делают его уязвимым для моющих средств, таких как мыло!
Активность ионного канала
Регистрация электрических токов, поступающих от транспорта ионов в белке Е SARS-CoV, была сделана методом, называемым пэтч-кламп. Эти измерения показали, что белок может транспортировать через мембрану все виды положительно заряженных ионов, но не отрицательно заряженные. Пока что мы не знаем, как белок способен выделять эти ионы. Это то, что моделирование молекулярной динамики, например, проведенное с использованием folding@home, может нам рассказать. В компьютере мы можем применить электрический раздражитель, подобный тем, которые применялись в экспериментах, и посмотреть какие ионы переносятся в ответ.
Сборка ионных каналов
Чтобы белок мог выполнять свою функцию по транспортировке ионов, его сначала нужно собрать в пентамер. В принципе, лекарство, которое будет препятствовать его сборке, нанесет вред вирусу. Таким образом, мы хотели бы увидеть, как канал соберется, понять, как это происходит, а затем предложить стратегии, чтобы нарушить процесс. Мы надеемся, что благодаря огромному количеству вычислительной мощности, которую нам предоставляет folding@home, это возможно. Идея сделать это состоит в том, чтобы начать с места, где кусочки белка (мономеры) расположены отдельно друг от друга, и запустить групповое моделирование. Только затем мы продолжаем моделирование, которое, кажется, идет в направлении сборки белка, в то время как мы останавливаем те, где мономеры расходятся. Эта стратегия называется «адаптивный посев» и является мощным способом ускорить наблюдение за интересующими нас процессами.
Блок лекарств
Как только мы лучше поймем, как белок работает как ионный канал и как он собирается, мы надеемся, что сможем понять, как амилорид и его производные препятствуют нормальной работе канала.
Амилорид является частью арсенала для лечения высокого кровяного давления. Он действует, блокируя ионный канал человека, эпителиальный натриевый канал ENaC и натрий-водородный антипортер 1 NHE-1, еще один белок, который транспортирует ионы через мембраны клеток.
Молекулярно-динамическое моделирование, выполненное на folding@home, может помочь нам понять механизмы связывания лекарств, как описано более подробно здесь. Мы надеемся, что сможем понять, как амилорид нацелен на белок Е и предложить способы сделать из него еще лучший препарат.
Роль белка Е в вирусной репродукции и разработке вакцин
Существует много стратегий разработки вакцин. Идея, лежащая в основе вакцинации, состоит в том, чтобы подвергнуть иммунную систему чему-то, похожему на вирус, до того, как подвергнуться действительному вирусу. Таким образом, иммунная система успевает подготовиться к борьбе с реальной инфекцией, когда она наступит. «Вещи», имитирующие вирус, но без способности осуществлять инфекцию, могут быть ослабленным или аттенуированным вирусом или могут быть основаны на вирусных векторах, нуклеиновых кислотах, белках или вирусоподобных частицах.
Было показано, что SARS-CoV и MERS-CoV, в которых отсутствует E-белок, демонстрируют значительно сниженный вирусный инструмент, поврежденное вирусное созревание или приводят к некомпетентному потомству при размножении. Таким образом, было предложено, чтобы вирусы, в которых отсутствует белок Е, служили основой для ослабленной вирусной вакцины. Тем не менее, оптимизация вакцин является сложным процессом и понимание основ биологии SARS-CoV-2 может только способствовать нашим коллективным усилиям по борьбе с Covid-19.
на англ.
Ионные каналы действуют как двери для клеток: они открываются и закрываются, чтобы впускать и выпускать частицы, несущие электрический заряд, ионы. Поэтому ионные каналы лежат в основе функции возбудимых клеток, таких как нейроны, сердечные или мышечные клетки, которые несут небольшие электрические токи, поддерживающие наши движения, мысли и рефлексы.
Вирусные ионные каналы могут быть направлены блокатором ионных каналов
Вирусы также в большинстве случаев используют ионные каналы, хотя еще не всегда ясно, насколько важен транспорт ионов для вируса. Предполагается, что вирусные ионные каналы, также называемые виропоринами, предположительно являются лучшими противовирусными мишенями.
История этих лекарств начинается с амантадина, лекарства от гриппа (гриппа A), которое используется с 1966 года. Амантадин использовался в течение почти 20 лет без понимания механизма его действия. Затем, в 1985 году, было понято, что амантадин действует как блокатор для ионного канала гриппа М2. Чуть позже стало понятно, что ингибирование М2 амантадином снижает способность вируса выполнять ранние этапы репликации. Сегодня, благодаря структурной биологии и моделированию молекулярной динамики, у нас есть четкая картина того, как амантадин блокирует канал М2 и почему определенные мутации гриппа приводят к устойчивости к этому препарату и его производным.
Амантадин (сферы) связан с каналом гриппа M2 (серые спирали), блокируя поток ионов через центральную пору.
Амилорид (продается под торговым названием Midamor) является лекарством, используемым для лечения высокого кровяного давления. По-видимому, он блокирует ионный канал, образующий белок Vpu из вируса ВИЧ-1, а также ионный канал белка оболочки из коронавируса. Никто не понимает механизм для этого блока белка оболочки. Это то, что мы пытаемся понять, используя folding@home!
Структура белка оболочки
Белок оболочки (E) является наименьшим из структурных белков, необходимых для сборки вируса. Вместе с мембранным белком он, по-видимому, важен для образования вирусной частицы в клетке человека, так как он помогает мембранной кривой, которая является первым этапом образования вируса.
Представление вируса SARS-CoV-2 от Klick Health. Белок оболочки представлен голубым, а липиды, составляющие вирусную мембрану, светло-розового цвета. Copyright (C) 2020 Klick Inc.
Мы еще не знаем, как выглядит белок оболочки SARS-CoV-2 с атомным разрешением, но, к счастью, у нас есть структуры белка оболочки SARS-CoV, которые, как ожидается, будут очень похожи. Структуры показывают, что канал собирается в виде пентамера, то есть пять белков одного и того же вида (так называемые мономеры) собираются вместе, образуя путь, по которому будут транспортироваться ионы.
Установка симуляции МД (молекулярной динамики), которую мы используем на folding@home. Белок оболочки пентамера SARS_CoV (голубой) в липидах, образующих мембрану (светло-розовый). Сферы вокруг - это ионы (положительно заряженные ионы красного цвета, отрицательно заряженные ионы оранжевого цвета).
Как и другие ионные каналы, эти белки плавают в море липидов, которые составляют мембрану. Помните, что причина, по которой мытье рук с мылом является эффективным способом избавления от этого вируса, заключается в том, что он покрыт липидами, которые прилипают к нашей коже, но также делают его уязвимым для моющих средств, таких как мыло!
Активность ионного канала
Регистрация электрических токов, поступающих от транспорта ионов в белке Е SARS-CoV, была сделана методом, называемым пэтч-кламп. Эти измерения показали, что белок может транспортировать через мембрану все виды положительно заряженных ионов, но не отрицательно заряженные. Пока что мы не знаем, как белок способен выделять эти ионы. Это то, что моделирование молекулярной динамики, например, проведенное с использованием folding@home, может нам рассказать. В компьютере мы можем применить электрический раздражитель, подобный тем, которые применялись в экспериментах, и посмотреть какие ионы переносятся в ответ.
Сборка ионных каналов
Чтобы белок мог выполнять свою функцию по транспортировке ионов, его сначала нужно собрать в пентамер. В принципе, лекарство, которое будет препятствовать его сборке, нанесет вред вирусу. Таким образом, мы хотели бы увидеть, как канал соберется, понять, как это происходит, а затем предложить стратегии, чтобы нарушить процесс. Мы надеемся, что благодаря огромному количеству вычислительной мощности, которую нам предоставляет folding@home, это возможно. Идея сделать это состоит в том, чтобы начать с места, где кусочки белка (мономеры) расположены отдельно друг от друга, и запустить групповое моделирование. Только затем мы продолжаем моделирование, которое, кажется, идет в направлении сборки белка, в то время как мы останавливаем те, где мономеры расходятся. Эта стратегия называется «адаптивный посев» и является мощным способом ускорить наблюдение за интересующими нас процессами.
Блок лекарств
Как только мы лучше поймем, как белок работает как ионный канал и как он собирается, мы надеемся, что сможем понять, как амилорид и его производные препятствуют нормальной работе канала.
Амилорид является частью арсенала для лечения высокого кровяного давления. Он действует, блокируя ионный канал человека, эпителиальный натриевый канал ENaC и натрий-водородный антипортер 1 NHE-1, еще один белок, который транспортирует ионы через мембраны клеток.
Молекулярно-динамическое моделирование, выполненное на folding@home, может помочь нам понять механизмы связывания лекарств, как описано более подробно здесь. Мы надеемся, что сможем понять, как амилорид нацелен на белок Е и предложить способы сделать из него еще лучший препарат.
Роль белка Е в вирусной репродукции и разработке вакцин
Существует много стратегий разработки вакцин. Идея, лежащая в основе вакцинации, состоит в том, чтобы подвергнуть иммунную систему чему-то, похожему на вирус, до того, как подвергнуться действительному вирусу. Таким образом, иммунная система успевает подготовиться к борьбе с реальной инфекцией, когда она наступит. «Вещи», имитирующие вирус, но без способности осуществлять инфекцию, могут быть ослабленным или аттенуированным вирусом или могут быть основаны на вирусных векторах, нуклеиновых кислотах, белках или вирусоподобных частицах.
Было показано, что SARS-CoV и MERS-CoV, в которых отсутствует E-белок, демонстрируют значительно сниженный вирусный инструмент, поврежденное вирусное созревание или приводят к некомпетентному потомству при размножении. Таким образом, было предложено, чтобы вирусы, в которых отсутствует белок Е, служили основой для ослабленной вирусной вакцины. Тем не менее, оптимизация вакцин является сложным процессом и понимание основ биологии SARS-CoV-2 может только способствовать нашим коллективным усилиям по борьбе с Covid-19.
на англ.
