นักวิจัยได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกอย่างละเอียดว่าแกนไวรัส HIV-1 เข้าสู่เซลล์นิวเคลียสได้อย่างไร

ในการศึกษาครั้งสำคัญเมื่อเร็วๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าเชื้อ HIV-1 แทรกซึมผ่านชั้นกั้นนิวเคลียสของเซลล์ได้อย่างไร ซึ่งเป็นการค้นพบที่อาจเปลี่ยนแปลงวิธีการดำเนินกลยุทธ์ต่อต้านไวรัส การศึกษานี้นำโดยศาสตราจารย์ Peijun Zhang ผู้อำนวยการ eBIC ที่ Diamond ได้ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแช่แข็งที่ทันสมัยเพื่อถ่ายภาพนิวเคลียสของไวรัส HIV-1 ในระหว่างการเข้าสู่นิวเคลียส ซึ่งเป็นขั้นตอนที่เข้าใจยากแต่สำคัญยิ่งในวงจรชีวิตของไวรัส

ผลการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสารNature Microbiologyเกิดขึ้นได้จากความสามารถของ cryo-EM ที่ eBIC ซึ่งเป็นศูนย์ถ่ายภาพชีวภาพอิเล็กทรอนิกส์แห่งชาติของสหราชอาณาจักร นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการของศาสตราจารย์จางที่มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ดได้ใช้เทคนิคที่เรียกว่า cell permeabilisation เพื่อทำให้เยื่อหุ้มเซลล์สามารถผ่านได้โดยไม่ทำลายตัวเซลล์เอง พวกเขาสามารถจำลองกระบวนการติดเชื้อเอชไอวีในเซลล์มนุษย์และจับนิวเคลียสของไวรัสได้เกือบ 1,500 นิวเคลียสที่ฝังอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าความสำเร็จของ HIV-1 ในการเข้าสู่แกนนิวเคลียสขึ้นอยู่กับรูปร่างและความยืดหยุ่นของแกนไวรัส ความสามารถในการปรับตัวของคอมเพล็กซ์รูพรุนนิวเคลียร์ (NPC) และปัจจัยของโฮสต์ เช่น CPSF6

CPSF6 เป็นโปรตีนของเซลล์โฮสต์ที่มีบทบาทสำคัญในระยะเริ่มแรกของการติดเชื้อ HIV-1 โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการเข้าสู่นิวเคลียสของไวรัสและการรวมเข้ากับจีโนมของโฮสต์

ก่อนหน้านี้ เคยเชื่อกันว่าคอมเพล็กซ์รูพรุนนิวเคลียร์เป็นโครงสร้างที่แข็งและคงที่ ซึ่งอนุญาตให้เฉพาะโมเลกุลบางชนิดผ่านเข้าไปได้ อย่างไรก็ตาม การศึกษาแสดงให้เห็นว่ารูพรุนนิวเคลียร์มีความยืดหยุ่นมากกว่ามาก โดยสามารถขยายและเปลี่ยนรูปร่างเพื่อให้อนุภาคเอชไอวี (แกนของไวรัส) ผ่านเข้าไปได้

อย่างไรก็ตาม แกนกลางของไวรัสไม่ได้เข้าไปในนิวเคลียสทั้งหมด หากแกนกลางเปราะบางเกินไปหรือไม่สามารถโต้ตอบกับโปรตีน CPSF6 ได้ แกนกลางจะติดอยู่ในรูพรุนหรือยังคงอยู่ภายนอก ซึ่งหมายความว่ารูพรุนในนิวเคลียสไม่ได้เป็นเพียงแค่ "ประตู" เฉยๆ แต่เป็นผู้เล่นที่มีบทบาทในการตัดสินใจว่าไวรัสตัวใดสามารถเข้ามาได้ นี่เป็นความเข้าใจใหม่โดยพื้นฐานเกี่ยวกับการติดเชื้อเอชไอวีและวิธีที่ไวรัสมีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์ของเรา

ไวรัสเอชไอวีชนิดที่ 1 (HIV-1) ยังคงเป็นหนึ่งในภัยคุกคามร้ายแรงที่สุดต่อสุขภาพของมนุษย์นับตั้งแต่มีรายงานผู้ป่วยรายแรกในปี พ.ศ. 2524 โดยทำให้มีผู้เสียชีวิตมากกว่า 42 ล้านคน และมีผู้ติดเชื้อรายใหม่มากกว่า 1 ล้านคนต่อปี การค้นพบเหล่านี้ไม่เพียงแต่ช่วยยกระดับความเข้าใจเกี่ยวกับ HIV-1 ของเราเท่านั้น แต่ยังแสดงให้เห็นถึงพลังของชีววิทยาโครงสร้างแบบ in situ ในการอธิบายกระบวนการที่ซับซ้อนของเซลล์อีกด้วย

งานนี้ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการมองเห็นภาพเอชไอวีในระยะวิกฤต และทำความเข้าใจว่าจะหยุดยั้งได้อย่างไร