埃博拉的细胞粘附力学解锁

为了使埃博拉病毒(EBOV)劫持细胞，它必须首先“登上”其预期的质量复制载体。该过程的生物力学难以捉摸，阻碍了治疗该疾病的潜在临床疗法的发展，以及控制感染的传播。然而，现在，利哈伊大学和爱荷华大学的科学家们开发了一个简单的EBOV-宿主互动模型。最近在科学报告中通过一篇题为“ TIM蛋白介导的埃博拉病毒 - 宿主细胞粘附的生物力学特征 ”的文章发表了这项新研究的结果。

最近有报道称，刚果民主共和国的埃博拉病例数已超过1,000例，这是2014年西非爆发后历史上第二次爆发的疫情，其中有29,000人感染艾滋病，11,000多人死亡。这一最新的里程碑清楚地提醒人们，迫切需要为这种常见的致命疾病开发有效的预防和治疗药物。

开发治疗疾病的关键是了解感染过程的机制。科学家们知道，为了进入一个人体细胞，埃博拉利用了一种叫做巨胞细胞增多症的自然过程，通过这种过程，细胞通过内化周围的死细胞碎片来“清理”周围环境。细胞表面的蛋白质充当受体，允许免疫细胞识别死细胞碎片并将其内化。病毒与这些蛋白质相互作用，称为T细胞免疫球蛋白和粘蛋白结构域(TIM)蛋白，并利用它们劫持进入细胞。进入内部后，埃博拉病毒膜融合到其周围形成的内体，并将其遗传内容释放到细胞中。

“病毒RNA进一步劫持细胞机器以制造蛋白质并在内部复制自己，”Lehigh大学生物工程和机械工程副教授，研究员Frank Zhang博士解释说：“然后他们从膜上发芽形成一种新的病毒，同时健康的宿主细胞死亡。“

“虽然埃博拉 - 宿主细胞附着已被证明依赖于细胞表面受体与病毒外层之间相互作用的分子生物力学，但对于指导治疗发展至关重要的定量理解尚未得到发展，”研究报告的共同作者，Anh Jagota博士，Lehigh生物工程系的创始主席和化学与生物分子工程教授。

研究人员希望更好地了解埃博拉病毒 - 宿主细胞粘附的生物力学。该项目将Jagota在计算分子粘附力学方面的专业知识与Zhang关注机械传感，或细胞如何感知和响应机械刺激相结合。这对二人与爱荷华大学的同事一起开发了一个简单的模型，该模型描述了埃博拉病毒 - 宿主细胞粘附发现的生物力学特征，可以为开发有效的埃博拉治疗提供新的有用信息。

“我们利用单分子力谱来量化宿主细胞TIM蛋白与埃博拉病毒样颗粒之间的特异性相互作用力，”Zhang指出。

除了阐明埃博拉病毒与宿主细胞附着重要的生物力学参数之外，该团队还通过实验证明，TIM-Ebola病毒相互作用在机械上与粘附分子(例如，选择蛋白)配体相互作用相当。通过简单的机械模型，他们进一步证明了分子结合参数如何确定它们是否足以用于病毒粘附。

该模型的目的是展示单分子测量如何与系统的其他物理特性结合，例如配体 - 受体对的密度和膜刚度，以预测病毒颗粒是否以及在何种程度上粘附于细胞膜。研究小组模拟附着是由TIM蛋白与病毒表面上的磷脂酰丝氨酸(据信介导病毒 - 宿主细胞附着)之间的粘附驱动，并通过膜弯曲抵抗。

“模型的简洁性使我们能够强调两个无量纲参数组的重要性及其阻止粘附的潜在能力，”Jagota说。

研究人员使用单分子力谱来监测，操纵和测量机械力。例如，在研究中，张将带有病毒样颗粒带到表达TIM受体的细胞，观察它们的相互作用，并将它们拉开以确定相互作用的机械强度，或拉动它们需要多大的力分开。

Jagota比使用数学模型来理解埃博拉和细胞之间的相互作用，什么属性代表埃博拉病毒 - 它的刚度，它的形状 - 以及它代表细胞的特性 - 它在表面上呈现的成分 - 在这种相互作用中。

“希望这种关于粘附生物力学的定量知识可用于预测埃博拉依恋的条件，”Jagota总结道。“长期来看，目标是这些信息有助于实现新的药理学目标，并有助于开发急需的抗病毒疗法，以预防和治疗埃博拉病毒。”