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HIV: lo studio completo della “navicella” virale: il capside

Ricostruita in dettaglio la struttura chimica del capside dell’HIV-1, una complessa architettura di 1300 proteine tutte identiche e denominate CA, legate a formare pentagoni ed esagoni. A rendere possibile il risultato sono state le eccezionali capacità di calcolo di un supercomputer dell’Università dell’Illinois, combinate con dati sperimentali ottenuti con sofisticate tecniche di tomografia elettronica.
Immagine virtuale di un capside

Immagine virtuale di un capside

La struttura chimica dettagliata del capside dell’HIV-1, l’involucro che protegge il materiale genetico del virus, è stata ricostruita da un gruppo di ricercatori dell’Università dell’Illinois, coordinati da Klaus Schulten, che hanno effettuato una serie di simulazioni al computer integrandole con i dati sperimentali ottenuti dai colleghi della stessa università e della Vanderbilt University. La conoscenza dettagliata della struttura del capside è una premessa fondamentale per capirne le funzioni e trovarne i punti deboli che possano costituire un possibile bersaglio terapeutico.
Il risultato di Schulten e colleghi, che firmano un articolo sulla rivista “Nature”, è stato possibile grazie a un nuovo super-computer, chiamato Blue Waters, del National Center for Supercomputing Applications dell’Università dell’Illinois. L’eccezionale capacità di calcolo di questo computer, che raggiunge le petascale (cioè un milione di miliardi di operazioni in virgola mobile al secondo), è infatti all’altezza del compito di condurre simulazioni con questo grado di complessità: il capside è formato da circa 1300 proteine e 64 milioni di atomi.Gli studi effettuati in precedenza con tecniche  diverse avevano mostrato che il capside dell’HIV è formato da un gran numero di proteine identiche legate a formare pentagoni ed esagoni, a loro volta organizzati a formare una struttura tridimensionale conica. Tuttavia non erano stati in grado di determinare con esattezza il numero di proteine coinvolte e il modo in cui si combinano tra loro pentagoni ed esagoni.

La proteina del capside dell’HIV-1, o brevemente proteina CA, ha la proprietà di assemblarsi spontaneamente in eliche e tubi molto simili al cono del capside virale quando è posta

in opportune condizioni in vitro. Queste strutture, e in particolare le regioni proteiche critiche per l’assemblaggio e la stabilita del capside, possono essere studiate con tecniche microscopiche. Schulten e colleghi hanno esposto le proteine CA a condizioni fortemente saline, inducendo le proteine ad assemblarsi in tubi reticolari la cui superficie è composta da esagoni, come nel caso delle molecole di fullerene.

Una volta completata questa fase preliminare di studio su piccola scala, i ricercatori hanno definito la struttura completa mediante una tecnica di tomografia crio-elettronica che consente di ricostruire la struttura tridimensionale di un campione mantenuto a temperature criogeniche a partire da scansioni bidimensionali.

Le simulazioni hanno rivelato che il capside dell’HIV-1 contiene 216 esagoni e 12 pentagoni, in pieno accordo con i dati sperimentali. Poiché la forma complessiva è a cono, gli angoli con cui si legano possono variare da una regione del capside all’altra. Questa circostanza, unita al fatto che la proteina CA è l’unica unità di base della struttura, porta i ricercatori a ipotizzare che sia intrinsecamente flessibile e a concludere che la presenza dei pentagoni permette alla struttura di chiudersi, cosa che non sarebbe possibile se il capside fosse composto di soli esagoni (un po’ come avveniva con i vecchi palloni da calcio in cuoio, in cui gli esagoni bianchi si alternavano a pentagoni neri).

L’importanza del risultato è dovuta al fatto che una conoscenza dettagliata della struttura dell’HIV consentirebbe agli scienziati di saperne ancora di più sulla sua attività e permetterebbe anche di sperimentare nuovi approcci farmacologici.

“Il capside dell’HIV ha due compiti tra loro difficilmente conciliabili: deve proteggere il materiale genetico ma, una volta che il virus è entrato nella cellula deve rilasciare questo materiale non troppo rapidamente e nemmeno troppo lentamente: è in questa fase che possiamo inserirci per distruggerlo”, commenta Schulten.

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