Een team van de Universiteit van Alabama in Birmingham onder leiding van Jamil Saad, doctoraat, heeft de laatste onbekende eiwitstructuur van HIV-1 opgelost, het retrovirus dat aids kan veroorzaken.

Kennis van deze structuur, de cytoplasmatische staart van gp41-eiwit genoemd, zal onderzoekers helpen beter te begrijpen hoe het virus menselijke cellen infecteert en hoe nageslachtvirussen worden geassembleerd en vrijgegeven uit geïnfecteerde cellen. De cytoplasmatische staart lijkt een sleutelrol te spelen bij de assemblage van virussen om de structuren van de enveloppen in het oppervlak van virale deeltjes te helpen opnemen.

"Als we de opname van het envelopeiwit kunnen remmen, we remmen virale replicatie, ' zei Saad. 'Dit zou het virus ontwapenen en ziekte voorkomen. De cytoplasmatische staart is een cruciaal onderdeel van besmettelijkheid."

De structuur van de cytoplasmatische staart van gp41 was een enorm moeilijke taak om op te lossen, zegt Saad, een universitair hoofddocent microbiologie aan de UAB.

"Het was het meest uitdagende project dat ik de afgelopen 20 jaar ben tegengekomen. Vaak stond ik op het punt te stoppen, maar ik heb een zeer hardnekkige labgroep."

Saad kent veel andere onderzoeksgroepen die de moleculaire structuur niet konden bepalen.

Een probleem voor Saad en zijn UAB-collega's kwam toen ze probeerden de cytoplasmatische staart van gp41 tot expressie te brengen in groeiende E. coli-cellen. In plaats van intact product, een bacterieel enzym sneed het eiwit tijdens eiwitexpressie. "We hebben dit nog nooit gezien voor een ander eiwit, " zei Saad. De onderzoekers ontdekten dat ze de eiwitexpressie moesten beperken tot slechts twee uur. Zelfs toen nog, 70 procent van de cytoplasmatische staart werd afgesneden en slechts 30 procent bleef intact.

Het duurde meer dan twee jaar en inspanningen met 100 verschillende voorwaarden om een ​​goed product te krijgen, zegt Saad. 'Nu kunnen we het in twee dagen halen.'

De snede bleek nuttig te zijn. Een stuk was oplosbaar, en de Saad-groep kon zijn structuur onderzoeken met behulp van nucleaire magnetische resonantie, of NMR. Het andere stuk was onoplosbaar, dus moesten de onderzoekers een oplossing van micellen gebruiken - gedispergeerde lipide of wasmiddelachtige aggregaten in een oplossing - om het onoplosbare stuk zijn structuur te laten vormen in een membraanachtige omgeving. Net als de groeiomstandigheden, de onderzoekers hadden veel proeven nodig om de juiste membraanomstandigheden te vinden. Een miceloplossing lijkt enigszins op azijn en olie nadat men er hard mee heeft geschud om kleine oliedruppeltjes door het verband te verspreiden.

Opnieuw, NMR werd gebruikt om de onoplosbare structuur op te lossen terwijl deze in micellen was opgenomen.

Toen de Saad-groep moleculen van de intacte plaatste, volledige cytoplasmatische staart van gp41 in de miceloplossing, ze ontdekten dat de structuren van elk van de stukken in de intacte structuur werden gehandhaafd.

Ze ontdekten dat het N-terminale uiteinde van de cytoplasmatische staart van gp41, het meten van 45 aminozuurresten, miste een regelmatige secundaire structuur en was niet geassocieerd met het membraan, die zich om een ​​HIV-1 viraal deeltje wikkelt, zoals de leren hoes van een honkbal. Het C-terminale uiteinde van de cytoplasmatische staart van gp41, het meten van 105 aminozuurresiduen, was nauw verbonden met het membraan en had drie alfa-helixen met delen die hydrofoob waren en delen die hydrofiel waren. De UAB-groep vertoonde ook de voorkeurstopologie van de cytoplasmatische staart wanneer deze aan het membraan was gebonden.

Saad zegt dat de structuur hele nieuwe onderzoeksgebieden opent:hoe de cytoplasmatische staart de structuur van het envelopeiwit stabiliseert, hoe het de membraanmobiliteit van de envelopeiwitstructuur beïnvloedt, en hoe het helpt bij het coördineren van membraanbinding en de associatie van 2, 000 HIV-1 Gag-polyproteïnen onder het membraanoppervlak. De Gag-polyproteïnen worden later in het rijpende virus gesneden om meerdere kleinere matrix te vormen, capside- en nucleocapside-eiwitten die de gecondenseerde virale kern produceren.

Saad zegt dat kennis van de gp41-cytoplasmatische staartstructuur ook vergelijkende studies van 10 verschillende retrovirussen met vergelijkbare staarten zal openen om te leren waarom sommige staarten korter zijn en sommige staarten langer.

"De cytoplasmatische staart van gp41 is al heel lang interessant, en niemand begrijpt hoe het werkt bij infectie of hoe het helpt om het envelopeiwit in het membraan op te nemen, ' zei Saad.