Efter att ett influensavirus infekterar en värdcell och kapar dess inre funktion för att skapa kopior av sig själv, dessa kopior samlas i virala knoppar som bryter sig loss från värdcellen för att infektera igen. En ny studie från MIT ger nu den tydligaste bilden hittills av hur knopparna nypas bort från värdcellmembranet.

Med hjälp av en teknik som kallas solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spektroskopi, MIT-teamet fann att två kolesterolmolekyler binder till ett influensaprotein som kallas M2 för att avskilja virusknopparna från deras värd. Den molekylära konfigurationen skapar en överdriven kilform inuti cellmembranet som böjer och förminskar halsen på det spirande viruset tills nacken går sönder.

Medan tidigare forskning hade visat att M2:s verkan under knoppning var beroende av kolesterolkoncentrationer i cellmembranet, den nya studien visar den exakta rollen kolesterol spelar för att frigöra viruset.

Och även om teamet fokuserade på ett influensaprotein i sin studie, "vi tror att vi med detta tillvägagångssätt har utvecklat, vi kan tillämpa denna teknik på många membranproteiner, säger Mei Hong, en MIT-professor i kemi och senior författare till tidningen, som visas i Proceedings of the National Academy of Sciences veckan den 20 nov.

Amyloidprekursorproteinet och alfa-synuklein, inblandad i Alzheimers sjukdom och Parkinsons sjukdom, respektive, är bland de proteiner som tillbringar åtminstone en del av sin livstid inom cellmembran, som innehåller kolesterol i sina fettskikt, säger Hong.

"Omkring 30 procent av proteinerna som kodas av det mänskliga genomet är associerade med cellmembranet, så du pratar om många direkta och indirekta interaktioner med kolesterol, ", konstaterar hon. "Och nu har vi ett verktyg för att studera den kolesterolbindande strukturen hos proteiner."

Dynamiska utmaningar

Tidigare avbildningar och experimentella studier visade att influensans M2-protein var nödvändigt för viral spirande, och att den spirande fungerade bäst i cellmembran som innehåller en specifik koncentration av kolesterol. "Men vi var nyfikna, "Hong säger, "om huruvida kolesterolmolekyler faktiskt binder eller interagerar med M2. Det är här vår expertis med solid-state NMR kommer in."

NMR använder de magnetiska egenskaperna hos atomkärnor för att avslöja strukturerna hos de molekyler som innehåller dessa kärnor. Tekniken är särskilt väl lämpad för att studera kolesterol, "som i allmänhet har varit svår att mäta på molekylär nivå eftersom det bara är så litet och dynamiskt, interagerar med många proteiner, och cellmembranet där vi observerar det är också dynamiskt och stört, "Säger Hong.

NMR-tekniken gjorde det möjligt för Hong och hennes kollegor att fästa kolesterol "i sin naturliga miljö i membranet, där vi också har proteinet M2 i sin naturliga miljö, " säger hon. Teamet kunde sedan mäta avståndet mellan kolesterolatomer och atomerna i M2-proteinet för att bestämma hur kolesterolmolekyler binder till M2, samt kolesterolets orientering inom cellmembranets lager.

Kolesterol och membrankrökning

Kolesterol är inte jämnt fördelat i cellmembranet - det finns kolesterolberikade "flottar" tillsammans med mindre berikade områden. M2-proteinet tenderar att placera sig vid gränsen mellan flotten och icke-flottens områden i membranet, där det spirande viruset kan berika sig med kolesterol för att bygga sitt virala hölje.

Konfigurationen som Hong och hennes kollegor observerade vid den spirande halsen - två kolesterolmolekyler fästa vid M2 - skapar en betydande kilform i det inre lagret av cellmembranet. Kilen producerar en sadelformad krökning vid den spirande halsen som behövs för att avskilja membranet och släppa viruset.

De nya fynden har inga direkta konsekvenser för vaccination eller behandling av influensa, även om de kan inspirera till ny forskning om hur man förhindrar viral spirande, säger Hong.