2013 년 5 월 31 일 금요일 .- 미국 연구자들은 바이러스의 유전 물질을 보호하는 단백질 코트 인 HIV 캡시드의 정확한 화학 구조를 확인했으며 그 독성의 열쇠 인 새로운 방어 방법으로 이어질 수있는 발견 저널 'Nature'의 표지에 따르면 자주 변하는 바이러스. 캡시드는 새로운 항 레트로 바이러스 약물의 개발을위한 매력적인 표적이되었다.
과학자들은 HIV 캡시드가 어떻게 구성되는지 이해하려고 오랫동안 노력해 왔으며, 이를 위해 전자 저온 현미경 법, 저온 MS 단층 촬영, 핵 자기 공명 분광법 및 X- 선 결정법과 같은 다양한 실험실 기술을 사용했습니다. 세부 사항을 밝히고 완전한 감각을 얻기 위해 캡시드의 개별 부분.
그러나 페타 스케일 슈퍼 컴퓨터가 도착할 때까지 아무도 원자 수준에서 자세히 묘사 된 원뿔 모양의 구조를 형성하는 1, 300 개 이상의 동일한 단백질 세트 인 HIV 캡시드 전체를 수집 할 수 없었습니다. 퍼즐에 빠진 부분을 추가하는 시뮬레이션은 미국 Urbana-Champaign에있는 일리노이 대학 (University of Illinois)의 슈퍼 컴퓨팅 애플리케이션을위한 새로운 슈퍼 컴퓨터 인 'Blue Waters'의 테스트 중에 수행되었습니다.
박사후 연구원 인 후안 R. 페 릴라 (Juan R. Perilla)와 함께 데이터의 분자 시뮬레이션을 수행 한 일루 노이 대학 물리학 교수 클라우스 슐텐 (Klaus Schulten)은“이것은 지금까지 해결 된 가장 큰 구조물 중 하나 인 큰 구조물이다. 피츠버그 대학교와 밴더빌트 대학교의 동료들이 수행 한 실험실 실험에서 통합되었습니다. "가장 큰 시뮬레이션이 필요하다는 것은 매우 분명했다. 가장 큰 시뮬레이션은 지금까지 출판되었다. 6 천 6 백만 원자의 참여"라고 그는 말했다.
이전 연구에 따르면 HIV 캡시드에는 일련의 동일한 단백질이 포함되어 있습니다. 과학자들은 단백질이 오각형과 육각형으로 배열되어 있으며 오각형이 전자 현미경으로 캡시드 형태의 가장 둥근 모서리를 형성한다고 가정했지만 이러한 단백질 구성 요소가 얼마나 많이 필요한지 또는 오각형과 육각형이 합쳐져 캡시드를 형성합니다.
피츠버그 팀은 구조 생물학 Peijun Zhang 교수의 지시에 따라 캡시드의 기본 성분을 높은 염분 조건에 노출시켜 단백질이 육각형 튜브에 결합되도록했습니다. 다른 실험들은 "캡시드 어셈블리에 기본적이고 바이러스 안정성 및 감염성"인 단백질의 특정 영역들 사이의 상호 작용을 밝혔다.
이 팀은 또한 전체 캡시드에 대한 냉동 전자 단층 촬영을 수행했으며, 단면을 잘라 일반적인 형태에 대한 대략적인 아이디어를 얻었습니다. Perilla와 Schulten은 이러한 실험과 hexamer와 pentamer 간의 상호 작용에 대한 자체 시뮬레이션의 데이터를 사용하여 capsid 빌딩 블록의 구조적 특성을 나타내는 일련의 대규모 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했습니다.
Schulten은“64 백만 원자로 이루어진 일반 캡시드와 다양한 실험 데이터를 일치시키는 작업은 우리가 개발 한 방법을 사용하여 분자 역학의 유연한 조정을 통해 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서만 수행 할 수있다”고 설명했다. 모델이 실제로 데이터와 일치하도록 모델을 실제 시뮬레이션에 통합하는 것 외에도 기본적으로 큰 생물학적 분자의 물리적 특성과 행동을 시뮬레이션하는 것입니다.
시뮬레이션은 HIV 캡시드가 지시 된 실험 데이터에 따라 배열 된 216 개의 육각 단백질 및 12 개의 오각형 단백질을 함유하는 것으로 밝혀졌다. 이 오각형과 육각형을 구성하는 단백질은 모두 동일하지만 그럼에도 불구하고 이들 사이의 결합 각은 캡시드의 한 영역에서 다른 영역으로 다양했다. Schulten은 "이것은 정말 미스터리이다. 단일 유형의 단백질이 이와 같이 다양한 것을 어떻게 형성 할 수 있을까? 단백질은 본질적으로 유연해야한다"고 말했다.
펜타곤은 "표면의 날카로운 곡률을 유도한다"고 연구진은 캡시드가 육각형으로 만 구성된 경우에는 불가능한 폐쇄 구조가 될 수 있다고 연구진은 밝혔다. Schulten 박사는 HIV 캡시드의 상세한 화학적 구조를 보유함으로써 연구자들은 그 기능을 방해하기 위해 약리학 적 개입에 영향을 미치면서 어떻게 작용하는지 더 연구 할 수있을 것이라고 말했다.
연구원은 "HIV 캡시드는 실제로 완전히 반대편에있는 2 개의 집을 가지고있다"면서 "유전 물질은 보호되어야하지만 일단 세포에 들어가면 아주 좋은 시간에 유전자 물질을 방출해야한다. 너무 빠르지 않다"고 말했다. "좋아요, 너무 느리면 좋지 않습니다." 이와 관련하여, 그는 캡시드의 개방시기가 바이러스의 독성 정도에 필수적이라고 설명했으며, 현재 HIV 감염을 방해하는 가장 좋은 방법이라고 설명했다.
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과학자들은 HIV 캡시드가 어떻게 구성되는지 이해하려고 오랫동안 노력해 왔으며, 이를 위해 전자 저온 현미경 법, 저온 MS 단층 촬영, 핵 자기 공명 분광법 및 X- 선 결정법과 같은 다양한 실험실 기술을 사용했습니다. 세부 사항을 밝히고 완전한 감각을 얻기 위해 캡시드의 개별 부분.
그러나 페타 스케일 슈퍼 컴퓨터가 도착할 때까지 아무도 원자 수준에서 자세히 묘사 된 원뿔 모양의 구조를 형성하는 1, 300 개 이상의 동일한 단백질 세트 인 HIV 캡시드 전체를 수집 할 수 없었습니다. 퍼즐에 빠진 부분을 추가하는 시뮬레이션은 미국 Urbana-Champaign에있는 일리노이 대학 (University of Illinois)의 슈퍼 컴퓨팅 애플리케이션을위한 새로운 슈퍼 컴퓨터 인 'Blue Waters'의 테스트 중에 수행되었습니다.
박사후 연구원 인 후안 R. 페 릴라 (Juan R. Perilla)와 함께 데이터의 분자 시뮬레이션을 수행 한 일루 노이 대학 물리학 교수 클라우스 슐텐 (Klaus Schulten)은“이것은 지금까지 해결 된 가장 큰 구조물 중 하나 인 큰 구조물이다. 피츠버그 대학교와 밴더빌트 대학교의 동료들이 수행 한 실험실 실험에서 통합되었습니다. "가장 큰 시뮬레이션이 필요하다는 것은 매우 분명했다. 가장 큰 시뮬레이션은 지금까지 출판되었다. 6 천 6 백만 원자의 참여"라고 그는 말했다.
이전 연구에 따르면 HIV 캡시드에는 일련의 동일한 단백질이 포함되어 있습니다. 과학자들은 단백질이 오각형과 육각형으로 배열되어 있으며 오각형이 전자 현미경으로 캡시드 형태의 가장 둥근 모서리를 형성한다고 가정했지만 이러한 단백질 구성 요소가 얼마나 많이 필요한지 또는 오각형과 육각형이 합쳐져 캡시드를 형성합니다.
피츠버그 팀은 구조 생물학 Peijun Zhang 교수의 지시에 따라 캡시드의 기본 성분을 높은 염분 조건에 노출시켜 단백질이 육각형 튜브에 결합되도록했습니다. 다른 실험들은 "캡시드 어셈블리에 기본적이고 바이러스 안정성 및 감염성"인 단백질의 특정 영역들 사이의 상호 작용을 밝혔다.
이 팀은 또한 전체 캡시드에 대한 냉동 전자 단층 촬영을 수행했으며, 단면을 잘라 일반적인 형태에 대한 대략적인 아이디어를 얻었습니다. Perilla와 Schulten은 이러한 실험과 hexamer와 pentamer 간의 상호 작용에 대한 자체 시뮬레이션의 데이터를 사용하여 capsid 빌딩 블록의 구조적 특성을 나타내는 일련의 대규모 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했습니다.
Schulten은“64 백만 원자로 이루어진 일반 캡시드와 다양한 실험 데이터를 일치시키는 작업은 우리가 개발 한 방법을 사용하여 분자 역학의 유연한 조정을 통해 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서만 수행 할 수있다”고 설명했다. 모델이 실제로 데이터와 일치하도록 모델을 실제 시뮬레이션에 통합하는 것 외에도 기본적으로 큰 생물학적 분자의 물리적 특성과 행동을 시뮬레이션하는 것입니다.
시뮬레이션은 HIV 캡시드가 지시 된 실험 데이터에 따라 배열 된 216 개의 육각 단백질 및 12 개의 오각형 단백질을 함유하는 것으로 밝혀졌다. 이 오각형과 육각형을 구성하는 단백질은 모두 동일하지만 그럼에도 불구하고 이들 사이의 결합 각은 캡시드의 한 영역에서 다른 영역으로 다양했다. Schulten은 "이것은 정말 미스터리이다. 단일 유형의 단백질이 이와 같이 다양한 것을 어떻게 형성 할 수 있을까? 단백질은 본질적으로 유연해야한다"고 말했다.
펜타곤은 "표면의 날카로운 곡률을 유도한다"고 연구진은 캡시드가 육각형으로 만 구성된 경우에는 불가능한 폐쇄 구조가 될 수 있다고 연구진은 밝혔다. Schulten 박사는 HIV 캡시드의 상세한 화학적 구조를 보유함으로써 연구자들은 그 기능을 방해하기 위해 약리학 적 개입에 영향을 미치면서 어떻게 작용하는지 더 연구 할 수있을 것이라고 말했다.
연구원은 "HIV 캡시드는 실제로 완전히 반대편에있는 2 개의 집을 가지고있다"면서 "유전 물질은 보호되어야하지만 일단 세포에 들어가면 아주 좋은 시간에 유전자 물질을 방출해야한다. 너무 빠르지 않다"고 말했다. "좋아요, 너무 느리면 좋지 않습니다." 이와 관련하여, 그는 캡시드의 개방시기가 바이러스의 독성 정도에 필수적이라고 설명했으며, 현재 HIV 감염을 방해하는 가장 좋은 방법이라고 설명했다.
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