Чтобы проникнуть в клетки, многие вирусы используют белковые якоря, помогающие им слиться с клеточной мембраной.

Частицы ВИЧ на поверхности клетки. (Фото: НИТУ «МИСиС»)Открыть в полном размере
Мы знаем, что вирусы – это просто нуклеиновая кислота, упакованная в белковую оболочку-капсид. Проникая в клетку, вирус избавляется от капсида, и дальше пользуется ресурсами клетки-хозяина для размножения – то есть для умножения копий своей ДНК или РНК.

Но у некоторых вирусов поверх белкового капсида есть еще суперкапсид – дополнительная оболочка из липидной мембраны с добавлением белков. Мембрану вирусы заимствуют опять же у клетки, а вот белки в ней могут быть как хозяйские, так и вирусные.

Когда такой вирус сближается с клеткой, его мембранная оболочка сливается клеточной мембраной, помогая вирусу проникнуть внутрь. Но все не так просто: у вирусов есть специальные белки, которые сидят в их мембране и помогают соединиться мембраной клетки. Они так и называются – белки слияния. Они служат чем-то вроде стыковочного аппарата или, лучше сказать, абордажных крючьев: их молекулы устроены подобно пружинам, которые в определенный момент «выстреливают» в мембрану молекулярными якорями, позволяя вирусу закрепиться на мембране и начать собственно слияние

Очевидно, что успех вируса зависит от свойств мембраны клетки, которую он атакует, и главное свойство тут – ее упругость. Иными словами, чем сложнее вирусным белкам будет деформировать клеточную мембрану, тем меньше вероятность того, что вирус сможет проникнуть в клетку.
Сотрудники Института физической химии и электрохимии РАН им. А. Н. Фрумкина, Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», Московского физико-технического института и ряда других научных центров разработали теоретическую модель, которая предсказывает энергетические затраты, требующиеся для этой операции от вирусных белков.

На самом деле такие модели строили и раньше, однако криоэлектронная микроскопия показала, что при попытке слияния вируса с клеткой появляются структуры, не предусмотренные ни в одной из существующих теоретических конструкций. Поэтому понадобилась новая модель, которая бы все это объяснила.

Те странные структуры, которые увидели с помощью криоэлектронной микроскопии, оказались тупиковыми – слияния бы не произошло. Новая модель как раз демонстрирует, как структура вирусных белков слияния влияет на итог процесса – обернется ли все тупиком или вирус успешно пролезет, куда ему нужно.
Оказалось, что на процесс слияния мембран влияют несколько ключевых факторов, каждому из которых посвящена отдельная публикация в International Journal of Molecular Sciences. Во-первых, это геометрические параметры белков слияния – понятно, что от их пространственной укладки зависит то, как они будут работать с мембраной. Но на структуру белков сильно влияет кислотность среды – это второй фактор. Наконец, третий главный фактор – это так называемые «рафты» (от англ. raft – плот).

Как известно, липидная мембрана в норме пребывает в полужидком состоянии, и в ней, как липидном море, плавают крупные молекулы и молекулярные комплексы. Рафты представляют собой как раз такие жесткие молекулярные плоты или островки, относительно свободно перемещающихся по полужидкой клеточной мембране. Они взаимодействуют с вирусными белками и играют решающую роль в том, как пойдет процесс слияния. В последней статье, опубликованной, как и предыдущие две, в International Journal of Molecular Sciences, говорится, что если там, где вирусные белки слияния атакуют клеточную мембрану, в ней окажется рафт, то вирусу будет проникнуть в клетку значительно легче.

Важно, что роль рафтов в проникновении показали на примере вируса иммунодефицита человека. Кроме него, подобный же механизм используют вирусы гепатита, лихорадки Эбола, гриппа и др. В этом смысле актуальность работы трудно переоценить – если мы будем в деталях знать, как вирус сливается с клеткой, то сможем найти средство, чтобы не пускать его в нее. Конечно, разработанная модель описывает весь процесс в теории, но она подскажет экспериментаторам, на чем стоит сосредоточиться в исследованиях взаимодействия вирусов и клеток.