Оболочечные вирусы представляют собой широкий класс патогенов, представителями которых являются возбудители наиболее опасных вирусных заболеваний, такие как SARS-CoV-2, вирус гриппа, вирус иммунодефицита человека, и многие другие. Общей особенностью всех данных вирусов является наличие липопротеиновой оболочки, в которой расположены основные структурные белки вириона. Эти белки обеспечивают реализацию большинства процессов вирусного инфицирования и мультипликации инфекции, такие как рецепция на поверхности клетки, слияние с ее плазматической мембраной или мембранами клеточных органелл, выход вирусного генома и, в конечном счете – сборка и выход вновь синтезированных вирионов из инфицированной клетки. При этом важную роль практически на всех описанных этапах играют капсидные, или матриксные белки оболочечных вирусов. Эти белки представленные наибольшим числом копий внутри вирусной частицы, являются наиболее консервативными среди вирусных белков, но, тем не менее, их функциональная роль на различных стадиях жизненного цикла оболочечных вирусов все еще остается не до конца понятной. По этой причине данные белки до сих пор не являются мишенями для каких-либо противовирусных лекарственных препаратов. В нашей работе мы использовали различные биофизические и структурные методы, чтобы продемонстрировать, что капсидные или матриксные белки многих оболочечных вирусов используют общие физико-химические механизмы самосборки вирусного каркаса и организации выхода дочерних вирионов из инфицированной клетки. Эти механизмы включают различные варианты мембранной активности структурных белков вирусов, включая поверхностную активность, электростатические взаимодействия, влияние на структуру липидных и липид-белковых доменов, а также встраивание в липидную мембрану. Таким образом, несмотря на различия в структуре данных белков, их функциональная роль может быть сведена к ограниченному набору физико-химических механизмов, общих для всех оболочечных вирусов. На основе полученных моделях таких физико-химических процессов мы предлагаем новые пути для поиска возможных противовирусных препаратов, нацеленных на самоорганизацию вирусных белков и липид-белковые взаимодействия.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 22-13-00435).

Enveloped viruses are a broad class of pathogens that are the causative agents of the most dangerous viral diseases, such as SARS-CoV-2, influenza virus, human immunodeficiency virus, and many others. A common feature of all these viruses is the presence of a lipoprotein envelope, in which the main structural proteins of the virion are located. These proteins ensure the implementation of most of the processes of viral infection and its multiplication, such as reception on the cell surface, fusion with its plasma membrane or membranes of cell organelles, release of the viral genome, and, ultimately, assembly and release of newly synthesized virions from the infected cell. At the same time, capsid or matrix proteins of enveloped viruses play an important role in almost all the described stages. These proteins, represented by the largest number of copies inside the viral particle, are the most conserved among viral proteins, but, nevertheless, their functional role at various stages of the life cycle of enveloped viruses is still not fully understood. For this reason, these proteins are not yet targets for any antiviral drugs. In our work, we used various biophysical and structural methods to demonstrate that the capsid or matrix proteins of many enveloped viruses use common physicochemical mechanisms for the self-assembly of the viral scaffold and the organization of the release of progeny virions from the infected cell. These mechanisms include various variants of the membrane activity of structural proteins of viruses, including surface activity, electrostatic interactions, influence on the structure of lipid and lipid-protein domains, and incorporation into the lipid membrane. Thus, despite the differences in the structure of these proteins, their functional role can be reduced to a limited set of physicochemical mechanisms common to all enveloped viruses. Based on the obtained models of such physicochemical processes, we propose new ways to search for possible antiviral drugs aimed at self-organization of viral proteins and lipid-protein interactions.

This work was supported by the Russian Science Foundation (grant no. 22-13-00435).