مرکز تحقیقات ویروس شناسی

شیمیدانان دانشگاه شیکاگو در جدیدترین تحقیقات خود با موفقیت مدل عظیمی از مجتمع منافذ هسته‌ای و کپسید ویروس HIV-1  را مونتاژ کردند.

از آنجایی که ویروس‌ها برای تکثیر باید سلول شخص دیگری را ربوده باشند، تاکنون در این کار بسیار خوب عمل کرده‌اند و انواع ترفندها را ابداع کرده‌اند.

طبق مدل‌هایی که آنها توسعه داده‌اند، کپسید HIVکه مخروطی شکل است، انتهای کوچک‌تر خود را به داخل منافذ هسته می‌کشد و سپس خود را به‌صورت فشرده وارد می‌کند. هنگامی که منافذ به اندازه کافی باز شدند، کپسید به اندازه‌ای قابل ارتجاع می‌شود که می‌تواند در آن فشرده شود. به گفته دانشمندان، نکته مهم این است که هم انعطاف ساختاری کپسید و هم خود منفذ در فرآیند نفوذ ویروس نقش دارند.

این مطالعه گسترده‌ترین شبیه‌سازی را از منافذ هسته‌ای که در بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی مهم است، ارائه می‌دهد.

کپسید در مقابل سلول

هودایت که یکی از محققان این مطالعه است، یکی از اعضای آزمایشگاه یک پروفسور شیمی به نام گرگوری وث با خدمات ممتاز  Haig P. Papazian  نیز هست که در شبیه‌سازی برای کشف فرآیندهای بیولوژیکی پیچیده‌ای که هنگام حمله ویروس‌ها به سلول رخ می‌دهد، تخصص دارد.

در این مورد، وث و هودایت روی چیزی که به عنوان کپسید HIV شناخته می‌شود تمرکز کردند که یک کپسول حاوی مواد ژنتیکی HIVاست که وارد هسته سلول میزبان می‌شود و سلول را مجبور می‌کند تا از اجزای اصلی HIV کپی کند.

کپسید قطعه‌ای پیچیده است که از بیش از هزار پروتئین تشکیل شده است که به شکل مخروط مانند با انتهای کوچکتر و بزرگتر ترکیب شده‌اند. این قطعه برای ورود به هسته سلول میزبان باید مخفیانه وارد شود. اما دانشمندان دقیقاً نمی دانستند که چگونه این اتفاق می افتد. وث که نویسنده ارشد این مقاله است، گفت: این بخش برای سال‌ها رمز و راز بوده است. برای مدت طولانی، هیچ‌کس مطمئن نبود که مثلاً کپسید قبل از ورود به منافذ از هم جدا می‌شود یا بعد از آن.

مطالعات تصویربرداری جدید نشان داده‌اند که کپسید دست نخورده باقی می‌ماند و در حال چرخش در مجموعه منافذ هسته‌ای است. این اساساً شکافی است که هسته در آن محموله‌ها را ارسال و دریافت می‌کند. هودایت برای پر کردن این شکاف‌ها، یک شبیه‌سازی کامپیوتری پر زحمت از کپسید HIV  و مجتمع منافذ هسته‌ای ساخت که در آن هزاران پروتئین با هم کار می‌کنند.

با اجرای شبیه‌سازی‌ها، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که ورود کپسید به منافذ بسیار آسان‌تر است، زیرا ابتدا کوچک‌ترین انتهای خود را فرو می‌کند و سپس به تدریج خود را به حالت ضربدری وارد می‌کند.

آنها همچنین متوجه شدند که منافذ و کپسید هر دو تغییر شکل می‌دهند. جالب توجه است که شبکه مولکول‌هایی که ساختار کپسید را تشکیل می‌دهند، مناطق کوچکی با نظم کمتری ایجاد می‌کنند تا تنش فشار را تحمل کنند. هودایت گفت: آن‌طور که انتظار می‌رفت، مانند فشرده‌سازی یا انبساط جامد نیست.

این یافته ممکن است به توضیح اینکه چرا کپسیدها به جای شکلی مانند استوانه، مخروطی شکل هستند که ممکن است در ابتدا راحت‌تر از طریق منافذ عبور کنند، کمک کند.

دانشمندان گفتند که همه جزئیات سفر HIV در بدن فرصتی برای یافتن آسیب‌پذیری‌هایی است که می‌توان داروها را برای هدف قرار دادن آنها توسعه داد. همچنین این یافته‌ها نگاهی وسیع‌تر به جنبه‌های اساسی زیست‌شناسی می‌اندازند.

وث گفت: من فکر می‌کنم این شبیه‌سازی راه جدیدی را به ما نشان می‌دهد تا بفهمیم به‌جز HIV دیگر چه چیزهایی وارد هسته می‌شوند.