微小离子对 HIV 复制至关重要

 超级计算机模拟解释了病毒如何形成衣壳，提出了新的治疗途径

芝加哥大学化学家的一项研究发现了 HIV 用于自我复制的过程中的一个新的关键步骤。

该研究于 1 月 6 日发表在《科学进展》杂志上，它使用计算机建模来关注 HIV 如何形成携带其遗传物质的胶囊——特别是称为 IP6 的特定离子的作用。科学家们此前曾怀疑 IP6 具有重要的功能，但并不清楚它究竟是如何工作的。

该理论可以解释有前途的新药成功的各个方面，并为其他治疗指明方向。

复制

多年来我们都知道 HIV 是导致 AIDS 的危险病毒，但我们对它进入人体后的确切行为知之甚少。解开一系列复杂的生化事件可以告诉我们可以在哪里以及如何与病毒作斗争。

HIV 携带其遗传物质在一个称为衣壳的小胶囊内。

“多年来，这种衣壳一直是 HIV 研究人员的目标，”芝加哥大学 Haig P. Papazian 杰出化学教授、该论文的资深作者Gregory Voth说。“我们的想法是，如果我们能够阻止衣壳形成，或导致它们畸形，我们就可以防止 HIV 传染和复制。”

衣壳由大约一千种蛋白质组成，形成六边形或五边形，它们像砖块一样组装成一个封闭的结构。科学家们知道一种被称为 IP6 的离子在这个过程中也很重要，但并不清楚为什么。

对于专门使用计算机模拟来理解复杂分子行为的 Voth 研究小组来说，这是一个完美的问题。

该论文的第一作者、博士生 Manish Gupta 建立了一个 HIV 衣壳成分模型。然后该团队进行了多次模拟，变化略有不同，以了解衣壳是如何组装的，以及哪些部分是关键的。

从他们之前的研究中，该团队知道 IP6 离子有利于坐在五边形结构的中间。但他们的新模拟表明，一些 IP6 离子必须结合到这些五面结构中，以便在衣壳组装过程中尽早稳定它们，以便最终关闭。

“随着衣壳开始组装，这些五边形结构形成了一个高曲率区域，衣壳需要最终关闭末端，”Voth 解释说。“如果他们不这样做，这个结构就会开始形成一个两端开放的管子，而且它无法关闭。”

如果这个过程导致管状而不是封闭的形状，那么遗传物质就不能被封闭，也不能被带到下一个目标。病毒无法复制。

尽管 IP6 很小并且只影响所涉及的数百个分子中的十几个，但它在这个过程中发挥着巨大的作用。

“IP6 也需要从一开始就参与进来。这有点像一场直线加速赛；如果你没有以正确的速度离开起跑线，你就完蛋了，”Voth 说。

关键发现

这一结果或许可以解释目前正在进行人体试验的一种药物的前景：lenacapavir。Lenacapavir 与 IP6“竞争”，使六面结构稳定在五面结构之上。这使过程倾斜，有利于末端开口的管状而不是封闭的衣壳。

“这是一个非常令人兴奋的结果。任何对病毒组装至关重要的东西都可以成为药物靶标，因此我们一直在寻找这些关键阶段，”Voth 解释说。

他还表示，该团队有兴趣了解这一过程是否对 HIV 以外的病毒更普遍。“也许这些‘次要’参与者比我们想象的更重要，”他说。

这些是极其复杂的模拟，涉及一百万或更多的单个原子；它们必须在超级计算机上执行。这些是在德克萨斯高级计算中心 (TACC) 的Frontera 超级计算机上运行的。

“这些非常苛刻的模拟绝对需要超级计算资源，”Voth 说。“在过去 30 年里，我的团队的大部分研究都得益于 NSF 支持的超级计算机，例如 Frontera。”

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