Hace quince años, se descubrió una clase de proteínas que otorgan a los humanos inmunidad innata al VIH-1. Desafortunadamente, el VIH-1 es un virus inteligente y ha evolucionado para combatir estas proteínas. Los investigadores del noreste, con la ayuda de sus colaboradores, hanha estado estudiando estas proteínas durante varios años para ayudar a comprender mejor su función y mecanismos con la esperanza de estar mejor preparados contra el VIH-1.
La investigación, publicada en Comunicaciones de la naturaleza , destaca el trabajo del profesor y presidente de física del noreste Mark Williams, el investigador postdoctoral Mike Morse, la profesora Linda Chelico, de la Universidad de Saskatchewan en Canadá, y Ioulia Rouzina, de la Universidad Estatal de Ohio. El documento examina las capacidades de una proteína humana que inhibeVIH-1, APOBEC3G A3G.
Sus hallazgos determinaron que cuando la proteína A3G crece de una sola proteína monómero a un complejo de dos proteínas dímero, su función se transforma de ser una proteína de edición que muta el ADN viral para actuar como un obstáculo para una mayor replicación deel virus.
"Estaba completamente sorprendido por el resultado de que los dímeros eran suficientes para hacer esto", dijo Williams. "Obtuvimos nuestros datos, y los datos nos dijeron esto, pero nos llevó mucho tiempo darnos cuenta de que la única forma de entenderesta información es que los dímeros deben ser el modelo para que las propiedades de la proteína cambien repentinamente "
El Laboratorio Williams para Biofísica de Moléculas Individuales se especializa en instrumentos llamados pinzas ópticas que estudian moléculas como moléculas de ADN individuales o complejos de ADN-proteína. Esta herramienta mantiene el ADN o ARN entre dos cuentas de poliestireno para observar las interacciones con el ADN al observar los cambiossu longitud y tensión. Mediante esta técnica, el laboratorio estudia muchos sistemas biológicos diferentes, incluida la replicación del VIH-1. Una combinación de estos métodos biofísicos con los experimentos de actividad enzimática y la creación de formas mutantes de A3G por el laboratorio Chelico permitió a Williams y Morsecompare la forma original de la proteína con diferentes mutantes que contienen cambios estructurales. Esto permitió el aislamiento del proceso que resultó en una proteína dimerizada unida de manera estable.
Durante los últimos 12 años, el laboratorio de Williams ha estado estudiando la replicación del VIH-1 con la ayuda de una subvención de los NIH. Su proyecto más reciente consiste en comprender las proteínas inmunes innatas que dan inmunidad humana al VIH-1. Hay siete proteínas en elLa familia APOBEC3, algunos de los cuales luchan contra los retrovirus como el VIH-1, mientras que otros luchan contra los retrotransposones, que son elementos genéticos que se amplifican dentro de un genoma y tienen el potencial de causar enfermedades.
Todas las proteínas APOBEC son citamina desaminasas, lo que les permite modificar el ADN monocatenario para reemplazar las bases, causando mutaciones cuando se replica la cadena. Sin embargo, A3G también tiene otra función que hace todo lo contrario. En lugar de deslizarse rápidamente a lo largo del genomaediciones, puede convertirse en una proteína de unión estable que inhibe el proceso de transcripción inversa, evitando la replicación del VIH-1. Esto ocurre debido a un proceso llamado oligomerización, donde las unidades de proteínas individuales monómeros se unen para crear complejos u oligómeros de múltiples proteínas.
"La idea de que podrías acercarte y hacer estos cambios y, al mismo tiempo, estar bloqueando que algo más no se mueva, realmente no tenía sentido", dijo Williams. "Es por eso que la oligomerización es tan importante. A medida que comienzanrápido y avanza, con el tiempo se oligomerizan y se vuelven muy lentos ".
Este equipo de investigadores descubrió la oligomerización como se publicó en su artículo de 2014 en Nature Chemistry. Su estudio mostró que el crecimiento de un complejo de múltiples proteínas causó que la proteína se desacelerara, pero no se sabía cuántas proteínas se requerían para producirun complejo lento. Si el número era alto, los resultados podrían no ser relevantes para la replicación viral. Además, podrían mostrar que los complejos eran lentos, pero no podían decir si los complejos lentos tenían actividad enzimática. Pero ahora su nueva investigaciónha encontrado las respuestas a estas dos preguntas críticas.
"Entre nuestros experimentos en los que observamos directamente la unión de las proteínas al ADN, y el trabajo del profesor Chelico que analiza la actividad enzimática de A3G, descubrimos que en escalas de tiempo cortas en forma monomérica, la proteína se une y disocia muy rápidamente del ADNy tiene una alta actividad enzimática ", dijo Morse." Pero una vez que dejas que forme estos oligómeros, la unión es mucho más estable y no se disocia tan fácilmente. El profesor Chelico pudo descubrir que la actividad enzimática en realidad disminuye cuando este procesoocurre para que tenga estas dos funciones: la actividad enzimática que ocurre en una escala de tiempo y en una forma, y esta función secundaria que, debido a la oligomerización, ocurre en otra escala de tiempo ".
Su investigación demostró que esto sucede incluso si solo dos proteínas se unen, formando un dímero. El dímero es suficiente para estabilizar el complejo de la proteína y alterar la función de la proteína. Dado que solo se necesita un dímero, múltiples obstáculos podrían estar actuando para prevenirse produce la transcripción inversa. Ahora, es más probable que esta importante función sea biológicamente relevante.
"Saber cómo algo inhibe el VIH-1 podría ser una guía para ayudar a diseñar nuevos métodos para los medicamentos contra el VIH. El virus del VIH-1 ha desarrollado su propia proteína para engañar a la célula en proteínas APOBEC degradantes, así que si podemos descubrirlocómo detener esa degradación, quizás podríamos mejorar la capacidad de esta proteína para inhibir el VIH-1 ", dijo Williams.
El Laboratorio Williams de la Northeastern University planea continuar estudiando las diferentes proteínas APOBEC, otras de las cuales inhiben el VIH-1 o los retrotransposones. Mediante el estudio de estas proteínas con sus herramientas únicas de medición biofísica, su laboratorio espera comprender la regulación y actividad de las proteínasy procesos para ayudarnos a estar más preparados contra el VIH y otras enfermedades relacionadas.
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Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias de la Universidad del Nordeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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