16 ноября 2020

В ОИЯИ провели исследование механизмов взаимодействия коронавирусов с клеточной мембраной

ОИЯИ Схематическое изображение взаимодействия липидной мембраны, содержащей рецепторный белок АСЕ2, и коронавирусных патогенов SARS-CoV-2 ОИЯИ

Вирусы являются внеклеточной формой жизни, имеющей собственный геном. При этом обязательное условие для размножения и распространения вируса — его проникновение внутрь клеток человека или животного. Поэтому вирусные патогены часто являются причиной возникновения эпидемий, парализующих привычный режим функционирования большого количества людей. Последствия пандемии коронавируса SARS-CoV-2 в очередной раз подтвердили важность развития научных направлений, призванных предотвратить распространение вирусных инфекций.

В связи с этим учеными из Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ совместно с коллегами из Брукхейвенской национальной лаборатории (США) начаты комплексные исследования в этой области. Планируется использовать преимущества методов нейтронного и синхротронного рассеяния для выявления особенностей структурных и динамических характеристик клеточной мембраны, содержащей трансмембранный рецепторный белок АСЕ2, во время взаимодействия с вирусным патогеном SARS-CoV-2. В рамках работ будут проведены эксперименты на лучших мировых источниках синхротронного излучения: ESRF (Франция), SPring-8 (Япония), APS (США), а также на установках реактора ИБР-2.

Стоит отметить, что запланированные исследования являются логическим продолжением предыдущих работ по изучению липидных мембран. Так, в 2014 г. методом неупругого рассеяния рентгеновских лучей высокого разрешения были изучены коллективные колебания липидных молекул в однокомпонентных мембранах 1,2-дипальмитоил-sn-глицеро-3-фосфатидил-холин (ДПФХ).

Наблюдаемый разрыв связан с процессами диффузии и релаксации, происходящими в липидной мембране, и является прямым признаком кратковременного (порядка нескольких пикосекунд) спонтанного возникновения в мембране липидных кластеров нанометрового размера, окруженных пустотами. Эти поры определяют механизм пассивного транспорта растворенных веществ сквозь липидную мембрану.

 

Применение метода неупругого рассеяния рентгеновских лучей и компьютерного моделирования методом молекулярной динамики позволило детально изучить процессы фазового разделения в более сложных двух- и трехкомпонентных липидных мембранах ДПФХ–холестерин и ПОФХ/ДОФХ–ДПФХ–холестерин. Возникновение оптических фононных мод на дисперсионных кривых таких систем свидетельствует о существовании в них стабильных (на пикосекундной шкале времени) функциональных липидных пар молекул ДОФХ, ПОФХ, ДПФХ и холестерина, которые колеблются в противофазе вокруг их центра масс. При этом наблюдаемый разрыв оптических фононных мод является следствием конечного размера областей (нанодоменов), образованных указанными липидными парами.

Известно, что именно свойства липидной мембраны во многом определяют набор биологических функций отдельных клеточных компонентов, включая мембранные белки. При этом измеренная нами сверхбыстрая динамика функциональных липидных пар соизмерима по временной и энергетической шкале с процессами релаксации трансмембранных белков. Поэтому изучение структурных и динамических свойств липидных мембран в присутствии вирусной инфекции поможет понять фундаментальные особенности взаимодействия клетки с вирусным патогеном.

Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) был создан на основе Соглашения, подписанного 26 марта 1956 г. в Москве представителями правительств одиннадцати стран-учредителей, с целью объединения их научного и материального потенциала для изучения фундаментальных свойств материи. Институт расположен в Дубне, в 120 км от Москвы, в Российской Федерации. Сегодня Объединенный институт ядерных исследований является всемирно известным научным центром, в котором фундаментальные исследования (теоретические и экспериментальные) успешно интегрированы с разработкой и применением новейших технологий и университетским образованием. Членами ОИЯИ являются 18 государств.