"Мембранная активность полипротеина Gag вируса иммунодефицита человека: электрохимический подход" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Дениева Зарет Гезимахмаевна

• Дениева Зарет Гезимахмаевна
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Дениева Зарет Гезимахмаевна

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Цель и задачи

Научная новизна

Научно - практическая значимость работы

Положения, выносимые на защиту

Степень достоверности и апробация результатов

Публикации

Структура и объем работы

Личный вклад автора

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1. 1 Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)

1.2 Биологические мембраны и их модели

1.2.1 Структура биологических мембран

1.2.2 Модельные системы биологических мембран

1.3 Взаимодействие полипротеина Gag ВИЧ с липидными мембранами

1.4 Электростатика липидных мембран

1.5 Биоэлектрохимические методы исследования белок-липидных взаимодействий

1.5.1 Электрокинетические измерения Z-потенциала

1.5.2 Метод компенсации внутримембранного поля (КВП)

1.5.3 Метод локальной фиксации потенциала «пэтч-кламп»

1.6 Липидные нанотрубки как сенсор изменения свойств мембраны при

адсорбции молекул

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Материалы

2.2 Методы

2.2.1 Формирование бислойных липидных мембран

2.2.2 Метод компенсации внутримембранного поля

2.2.3 Измерение Z- потенциала липосом

2.2.4 Вытягивание липидных нанотрубок

2.2.5 Измерение упругих параметров липидного бислоя

2.2.6 Добавление исследуемых веществ к липидным мембранам

2.2.7 Измерение поверхностного натяжения липидной мембраны

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Адсорбция полипротеина Gag ВИЧ на бислойных липидных мембранах

3.1.1 Определение плотности поверхностного заряда липидной мембраны

3.1.2 Изотермы адсорбции полипротеина Gag ВИЧ на липидных мембранах

3.2 Воздействие полипротеина Gag ВИЧ на физико-химические свойства липидной мембраны

3.2.1 Упругие характеристики липидных мембран

3.2.2 Адсорбция полипротеина Gag ВИЧ на внутренней поверхности липидных нанотрубок

3.2.3. Адсорбция контрольных веществ на внутренней поверхности НТ

3.2.4 Адсорбция Gag и магаинина-1 на внешней поверхности НТ

3.2.5 Адсорбция пептида соединения CA-SP1 полипротеина Gag на внутренней

и внешней поверхности НТ

3.2.6 Изменение поверхностного натяжения липидной мембраны при адсорбции полипротеина Gag

3.2.7 Теоретическая верификация полученных результатов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

БЛАГОДАРНОСТИ

СПИСОК СОКРАЩЕНИИ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ

ВИЧ - вирус иммунодефицита человека

DPhPC - 1,2-дифитаноил-вп-глицеро-3-фосфатидилхолин

DPhPS - 1,2-дифитаноил-Бп-глицеро-3-фосфатидилсерин

DOPC - 1,2-диоленоил-Бп-глицеро-3-фосфатидилхолин

DOPS - 1,2-диоленоил-Бп-глицеро-3-фосфатидилсерин

DOPE - 1,2-диоленоил-Бп-глицеро-3-фосфатидилэтаноламин

PI(4,5)P2 - 1,2-диоленоил-вп-глицеро-3-фосфатидил-(Г-мио-инозитол-4',5'-

бисфосфат) (аммониевая соль)

Chol - холестерин

БСА - бычий сывороточный альбумин ПЛ-200 - поли-Ь-лизин-200 KCl - хлорид калия

HEPES - 4-(2-гидроксиэтил)-1-пиперазинэтансульфоновая кислота ЭДТА - этилендиаминтетрауксусная кислота HCl - соляная кислота KOH - гидроксид калия

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография ДЭС - двойной электрический слой Ag/AgCl электроды - хлорсеребряные электроды Т - абсолютная температура

Дж

R - универсальная газовая постоянная (8.31--)

F - постоянная Фарадея (9.65 ■ 104 -Кл-)

моль

£ - диэлектрическая постоянная в среде (81)

s0 - диэлектрическая постоянная в вакууме (8.85 ■ 10-12 Ф)

м

e - заряд электрона (1.602 ■ 10-19 Кл) g - поверхностная плотность заряда ф(0) - поверхностный потенциал

БЛМ - бислойная липидная мембрана КВП - компенсация внутримембранного поля АФЬ - разность граничных потенциалов ^-потенциал - дзета-потенциал K - модуль изгиба

X - поверхностное (латеральное) натяжение

НТ - нанотрубка

гнт - радиус просвета нанотрубки

Lнт - длина нанотрубки

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «"Мембранная активность полипротеина Gag вируса иммунодефицита человека: электрохимический подход"»

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы исследования

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) является одним из опаснейших патогенов современности, приводящим к развитию синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД) - одной из самых разрушительных вирусных пандемий в истории. Детальное изучение ВИЧ на протяжении нескольких десятилетий позволило сформировать довольно четкое представление о строении вируса и его составных компонентах. Это частица сферической формы диаметром около 100 нм, окруженная оболочкой из липидной мембраны, захваченной вирусом при его отпочковывании с поверхности инфицированной клетки. Такая оболочка покрывает внутренний слой вируса, образованный несколькими вирусными белками для защиты вирусного генома. ВИЧ может существовать в незрелой (неинфекционной) и зрелой (инфекционной) формах. Процесс созревания в инфекционный вирус протекает на поздних стадиях инфицирования, после отпочковывания вирусной частицы с поверхности клетки. Знание механизмов функционирования ВИЧ способствует развитию методов и подходов к разработке противовирусных препаратов. Мишенями действия всех известных соединений выступают высоко изменчивые компоненты вируса, из-за чего в терапии приходится комбинировать несколько препаратов, что значительно осложняет процесс лечения. Поэтому существует необходимость разработки новых лекарственных средств.

На сегодняшний день предложено множество различных методик для анализа вирусных частиц, их белков и нуклеиновых кислот. Одними из наиболее распространенных способов обнаружения структурных элементов ВИЧ в исследуемом образце являются электрохимические и биохимические методы [1]. По-отдельности или в комбинации друг с другом они дают возможность изучать ВИЧ качественно и количественно, прямыми и

косвенными методами. Все они направлены на регистрацию электрических сигналов, определяющих содержание белковых молекул или нуклеиновых кислот в исследуемом образце вируса в инфекционной форме. В основе электрохимических методов лежат процессы, протекающие на поверхности электродов или в приэлектродном слое, а аналитическим сигналом служит электрический параметр (потенциал, сила тока, сопротивление и др.), функционально связанный с концентрацией определяемого компонента ВИЧ. В результате были разработаны различные биосенсоры для обнаружения ВИЧ в организме [2-5]. Однако проблемой является то, что разработанные методики направлены на обнаружение компонентов вируса, подверженных частым мутациям и высокой изменчивости, в результате чего снижается достоверность получаемых данных. Поэтому необходимо осуществлять поиск стратегий, направленных на выявление структурных элементов вируса, мутации в которых происходят крайне редко.

Наиболее консервативным элементом ВИЧ является полипротеин Gag, который отвечает за сборку и отпочковывание новых вирусных частиц с поверхности мембран инфицированной клетки [6]. В отличии от других белков вируса, он практически не несет новых мутаций после очередного цикла репликации вирусной частицы, и поэтому может рассматриваться как перспективная мишень для разработки новых лекарственных препаратов. Таким образом, важно понимать механизмы функционирования этого белка и его взаимодействий с клеточными мембранами.

Процесс формирования вируса начинается с того, что многие копии полипротеина Gag адсорбируются на отрицательно заряженной поверхности клеточной мембраны. Заряд на мембране создается за счет различных анионных фосфолипидов, то есть вблизи поверхности мембраны возникают двойные электрические слои. Считается, что положительно заряженный полипротеин Gag взаимодействует с участками мембраны, обогащенной анионными фосфатидилсерином (PS), несущем один отрицательный заряд, и фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом (PI(4,5)P2), несущим от 3 до 5

отрицательных зарядов [7-9]. Кроме анионных липидов, важную роль в адсорбции белка играет холестерин, который может строить сеть водородных связей с анионным PI(4,5)P2 [10,11]. Таким образом, электростатические взаимодействия играют одну из ключевых ролей в процессе адсорбции белков на поверхности клеточной мембраны, их взаимодействий с элементами клеток и, следовательно, в сборке новой вирусной частицы. Тем не менее, множество исследований мембранной активности полипротеина Gag проведены с точки зрения изменений, происходящих с молекулой белка при адсорбции на мембране, без учета явлений на межфазной границе раздела липидной мембраны и раствора электролита. В результате, в литературных источниках данные о сродстве полипротеина Gag к мембранам варьируются от исследования к исследованию и нет единства подходов к описанию взаимодействия вирусного белка с липидными мембранами.

После адсорбции на мембране молекулы полипротеина Gag начинают собираться в сферическую частицу, которая затем «выпячивается» из клетки и отпочковывается. Этот процесс сопряжен с изменением свойств мембраны для образования изогнутой поверхности, но механизм такой активности до сих пор остается не до конца выясненным. Ряд исследований показал, что Gag начинает полимеризоваться после взаимодействия с поверхностью плазматической мембраны, обогащенной анионными липидами [7-9,12-14]. Результаты других экспериментов показали, что Gag может собираться в сферические частицы даже без взаимодействия с мембраной, из-за чего была высказана гипотеза о том, что с мембраной взаимодействуют предсобранные частицы Gag, которые затем оборачиваются в плазматическую мембрану [15]. Однако эксперименты, проведенные для различных вариантов белка, показывают, что молекулярная геометрия Gag является ключевым фактором для образования сферической вирусной частицы, но не изогнутых участков мембраны [16,17]. Таким образом, разногласия в результатах не могут позволить выявить общий механизм изменения свойств мембраны белком для формирования вирусной частицы на поверхности клеточной мембраны.

Рассмотрение мембранной активности полипротеина Gag с учетом электростатических явлений, происходящих вблизи поверхности липидной мембраны при его адсорбции, дает возможность изучить механизм действия вирусного белка и определить его истинное сродство к клеточным мембранам. Такой способ исследования требует применения электрохимических методов анализа в приложении к липидным мембранам как способа регистрации электрических потенциалов на границе раздела липид/вода, а также установления механизмов белок-липидных взаимодействий в процессе формирования вирусной частицы на молекулярном уровне. В результате, электрохимический подход к вопросу о мембранной активности вирусного полипротеина Gag может позволить разрешить разногласия, встречающиеся в литературе, и предложить совершенно новые методы создания противовирусных препаратов, которых так остро не хватает на рынке для лечения заболевания мирового масштаба.

Цель и задачи

Цель работы: установить физико -химические механизмы мембранной активности полипротеина Gag ВИЧ и его ключевые фрагменты, определяющие такую активность, с учетом влияния электрических потенциалов на межфазных границах липид/вода, химических взаимодействий с ключевыми липидными компонентами клеточных мембран, а также предполагаемой способности белка влиять на свойства мембран для поиска и создания новых противовирусных препаратов.

Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:

1. Изучить электростатические эффекты, возникающие на модельных липидных мембранах, при варьировании содержания в них анионных фосфолипидов и холестерина.

2. Исследовать возможность адсорбции полипротеина Gag на модельных липидных мембранах, различающихся величиной анионного

заряда и содержанием холестерина, и определить термодинамические константы адсорбции.

3. Определить вклад электрических потенциалов на межфазной границе липид/вода во взаимодействие полипротеина Gag с мембранами.

4. Установить особенности химического взаимодействия полипротеина Gag с липидными мембранами различного состава.

5. Изучить влияние полипротеина Gag на физико-химические свойства мембран с помощью модельной системы липидных нанотрубок.

6. Определить зависимость упругих свойств липидного бислоя от величины анионного заряда и их влияние на мембранную активность полипротеина Gag.

7. Установить участки полипротеина Gag, ответственные за изменение физико-химических свойств мембран.

Научная новизна

Все результаты, представленные в настоящей работе, являются новыми.

1. Впервые исследован процесс адсорбции полипротеина Gag вируса иммунодефицита человека на модельных липидных мембранах с помощью электрохимических методов, позволяющих учесть влияние электрических потенциалов на межфазной границе липид/вода.

2. Впервые показано, что термодинамические константы связывания полипротеина Gag практически равны для липидных мембран, независимо от величины анионного заряда. Кажущаяся разница в сродстве к мембранам является следствием различий в поверхностной концентрации катионных молекул Gag вблизи мембраны в зависимости от ее заряда. Данный факт был установлен в результате анализа полученных значений поверхностной плотности заряда на мембранах широкого спектра липидных составов, систематически варьируя содержание анионных фосфолипидов.

3. Показано, что присутствие в составе липидных мембран анионного фосфолипида фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата и холестерина увеличивает значение константы связывания (то есть усиливает сродство) Gag с мембранами, и может изменять характер белок-липидных взаимодействий, проявляя кооперативные эффекты. Такое поведение может быть результатом специфических взаимодействий белка с мембранами, помимо чисто электростатичес ких.

4. Впервые исследован процесс адсорбции полипротеина Gag на липидных нанотрубках, вытянутых из плоских липидных мембран различного состава. Показано, что в результате адс орбции Gag на поверхности нанотрубок увеличивается ее проводимость (то есть диаметр просвета нанотрубки). Обнаруженный характер изменения проводимости соответствует поведению поверхностно-активных веществ.

5. Впервые показано, что при адсорбции на поверхности липидной мембраны полипротеин Gag способен понижать ее поверхностное натяжение. На основании обнаруженного факта предложен новый физико-химический механизм мембранной активности этого вирусного белка.

6. Впервые с помощью анализа аминокислотной последовательности белка выявлен и исследован участок молекулы полипротеина Gag, структурно похожий на амфифильный пептид магаинин-1. Показано, что этот участок полипротеина Gag ответственен за способность белка изменять форму и диаметр просвета нанотрубки в результате адсорбции на ее поверхности, понижая поверхностное натяжение мембраны.

Научно - практическая значимость работы

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что на их основании возможно дальнейшее развитие исследований механизмов мембранной активности полипротеина Gag вируса иммунодефицита человека для решения проблемы активного распространения

вируса и поиска новых способов борьбы с этим опасным патогеном. Использованный в работе электрохимический подход к рассмотрению взаимодействия вирусного белка с липидными мембранами с учетом электростатических эффектов, возникающих при формировании двойного электрического слоя вблизи поверхности мембраны, способствует более глубокому пониманию механизмов активности данного белка и может дать возможность разработать совершенно новые противовирусные препараты и, следовательно, стратегии терапии ВИЧ.

Фундаментальное исследование полипротеина Gag

электрохимическими методами в приложении к процессам, происходящим вблизи поверхности липидных мембран, позволило обнаружить новое физико-химическое свойство, ранее не описанное в литературе по отношению к вирусным белкам. На основании полученных данных была предложена модель мембранной активности полипротеина Gag, которая может быть применена для разработки методов инактивации наиболее консервативного белка ВИЧ. Установлен участок белка, ответственный за его мембранную активность и описана природа химических взаимодействий, определяющих активность данного фрагмента полипротеина Gag. Такой подход предполагает принципиально новый способ борьбы с патогеном в неинфекционной форме, до его созревания в инфекционную форму. В результате могут быть разработаны новые противовирусные лекарственные препараты, механизм действия которых основан на предотвращении взаимодействия полипротеина Gag с липидными мембранами. Таким образом, вирус может быть «заблокирован» внутри клетки, не распространяясь и не инфицируя весь организм.

Кроме того, примененный в работе подход рассмотрения биологического объекта с точки зрения электростатики липидных мембран с помощью электрохимических методов может быть распространен на изучение целого спектра вирусных белков, а также любых мембранно -активных веществ. Объяснение экспериментальных данных с точки зрения возможных

электростатических эффектов, наблюдаемых при адсорбции биологически-активных молекул на поверхности липидных мембран, позволяет взглянуть на проблему с нового угла зрения и разрешить противоречия, которые могут возникнуть при сопоставлении данных различных экспериментальных методик.

Положения, выносимые на защиту

1. В рамках модели Гуи-Чепмена-Штерна определены значения поверхностной плотности заряда липидных мембран, различающихся содержанием анионных фосфолипидов и холестерина. Определено, что основной вклад в величину заряда на мембране вносит фосфатидилсерин. Однако даже небольшие (единицы мольных процентов) добавки фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата способны заметно увеличить заряд мембраны за счет наличия нескольких анионных зарядов в молекуле данного липида. Присутствие холестерина не влияет на значение поверхностной плотности заряда.

2. Получены изотермы адсорбции полипротеина Gag и определены термодинамические константы его связывания с липидными мембранами в рамках модели Ленгмюра. Установлено, что значения констант адсорбции не зависят от величины заряда мембраны, но увеличиваются в 2 раза в присутствии холестерина. Наличие в мембране комбинации холестерина и фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата изменяет характер адсорбции белка, проявляя кооперативные эффекты.

3. Адсорбция полипротеина Gag на поверхности липидной нанотрубки приводит к увеличению электрической проводимости ее просвета независимо от величины анионного заряда на мембране. Таким образом, исследуемый вирусный белок изменяет геометрические характеристики нанотрубки.

Аналогичный эффект получен для амфифильного пептида и поверхностно-активного вещества, способных понижать натяжение мембраны.

4. Полипротеин Gag понижает поверхностное натяжение бислойной липидной мембраны при адсорбции на ней.

5. Анализ аминокислотной последовательности полипротеина Gag выявил наличие в вирусном белке участка соединения доменов CA-SP1, проявляющего амфифильные свойства.

6. Впервые показано, что участок CA-SP1 полипротеина Gag ответственен за способность данного белка понижать поверхностное натяжение мембраны и может рассматриваться в качестве мишени для создания противовирусных лекарственных препаратов.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность результатов диссертационной работы основана на применении общепризнанных методик изучения электрохимических процессов, происходящих вблизи поверхности липидных мембран при адсорбции на них различных молекул. Теоретической основой проведенных в настоящей работе исследований выступают научные труды отечественных и зарубежных авторов. Адекватность полученных нами результатов анализировали путем сравнения с экспериментальными данными, имеющимися в литературных источниках. Сформулированные выводы полностью основаны на полученном фактическом материале.

Основные результаты настоящей работы были представлены на российских и международных конференциях, на некоторых из которых доклады были отмечены наградами:

1) 12th EBSA European Biophysics Congress (Мадрид, Испания), 2019.

2) XIV Конференция молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭ

РАН «ФИЗИКОХИМИЯ-2019» (Москва, Россия) 2019 - Премия имени

академика РАН А.Н. Фрумкина.

3) XV Конференция молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭ РАН «ФИЗИКОХИМИЯ-2020» (Москва, Россия) 2020 - Премия имени академика РАН А.Н. Фрумкина.

4) 13th EBSA European Biophysics Congress (Вена, Австрия), 2021 -Награда в конкурсе за лучший стендовый доклад.

5) VIII Международная научная конференция молодых ученых: биотехнологов, биофизиков молекулярных биологов и вирусологов, в рамках Площадки открытых коммуникаций OpenBio, Кольцово, 2021 -1 место в конкурсе за лучший устный доклад.

6) VII Междисциплинарная конференция Молекулярные и биологические аспекты химии, фармацевтики и фармакологии МОБИ-ХимФарма (Москва, Россия), 2021.

7) XVII Конференция молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭ РАН «ФИЗИКОХИМИЯ-2022» (Москва, Россия), 2022 - 1 место в конкурсе за лучший устный доклад.

8) XVIII Конференция молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭ РАН «ФИЗИК0ХИМИЯ-2023» (Москва, Россия), 2023 - 2 место в конкурсе за лучший устный доклад.

9) Всероссийская конференция по электрохимии с международным участием «ЭЛЕКТР0ХИМИЯ-2023» (Москва, Россия), 2023.

Публикации

По итогам исследования подготовлено 13 печатных работ. Результаты исследования отражены в 6 публикациях в рецензируемых научных изданиях, индексируемых базами Scopus, Web of Science и RSCI. Помимо указанных публикаций, результаты работ также были опубликованы в 7 сборниках тезисов докладов конференций (индексируются РИНЦ).

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов, списка литературы. Объем работы составляет 134 страниц, включая 29 рисунков и 8 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 192 источников.

Личный вклад автора

Автором был получен основной массив результатов настоящей диссертационной работы. Личный вклад соискателя заключается в постановке цели и задач, постановке и реализации экспериментов, обработке, анализе и интерпретации полученных экспериментальных данных, формулировке выводов. Теоретическая верификация полученных данных была проведена при непосредственном участии автора.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)

Вирусы являются внеклеточными инфекционными агентами, которые состоят из генетического материала, упакованного в плотную белковую оболочку. Некоторые их представители, так называемые оболочечные вирусы, также содержат дополнительный слой из липидов, захваченный вирусом при его отпочковывании с поверхности инфицированной клетки. Одним из примеров оболочечных вирусов является вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), который поражает клетки иммунной системы человека и приводит к развитию синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД). Впервые о существовании ВИЧ заговорили в начале 1980-х годов и меньше чем за 5 лет было проведено множество исследований структуры этого вируса, а в 1985 году был клонирован и секвенировав его геном [18]. Зрелый (инфекционный) ВИЧ является частицей сферической формы с диаметром около 100-140 нм, окруженной оболочкой из бислойной липидной мембраны (Рис. 1А). На ее поверхности располагаются белки Env, состоящие из тримеров гликопротеинов gp120 и gp41 и необходимые для связывания вируса с рецепторами на поверхности инфицируемой клеткой и проникновения в нее. Такая оболочка покрывает внутренний слой вируса, образованный из матриксного белка МА. Под этим белковым слоем располагается конический капсид вируса, состоящий из белков СА. Он служит защитным слоем для вирусного генома, сопряженного с нуклеокапсидными белками NC. Генетический материал ВИЧ представлен двумя копиями молекулы РНК, наиболее консервативным геном которых является ген gag. Этот ген кодирует основной структурный белок вируса - полипротеин Gag (Рис. 1Б). Данный белок составляет примерно 50% массы всей вирусной частицы и участвует во многих стадиях жизненного цикла вируса [6,19]. Кроме двух копий молекул РНК, капсид содержит несколько вирусных ферментов (протеаза, обратная

транскриптаза и интеграза), необходимых для расщепления полипротеина Gag на отдельные белки (МА, СА, NC) и созревания вируса в инфекционную форму, а также вспомогательные неструктурные белки.

Рисунок 1. А) Схематическое изображение частицы ВИЧ; Б) Схематическое изображение структурных элементов полипротеина Gag: (слева направо) N-концевая миристоильная группа, матриксный домен МА, капсидный домен СА, соединительный пептид SP1, нуклеокапсидный домен NC, соединительный пептид SP2, доменр6.

Полипротеин Gag является миристоилированным по N-концу белком с массой около 55 кДа [6]. Считается, что это единственный белок, необходимый ВИЧ для сборки новой вирусной частицы. Размеры цилиндрической молекулы Gag варьируются от 20-30 нм в длину и 2-3 нм в диаметре [20]. Незрелый (неинфекционный) вирион ВИЧ содержит около 2500-5000 копий белка Gag [21,22]. Этот полипротеин состоит из четырех основных доменов (миристоилированного по N-концу матриксного МА, капсидного СА, нуклеокапсидного NC и домена р6), которые при созревании вируса в инфекционно-активную форму расщепляются на отдельные белки, и

двух связующих пептидов (SP1 и SP2) (Рис. 1Б) [19]. Каждый из этих доменов выполняет определенную функцию для успешной репродукции вируса как в составе полипротеина, так и в виде отдельных белков. Считается, что домен МА отвечает за нацеливание и связывание Gag с плазматической мембраной, на которой происходит сборка и отпочковывание дочерних вирионов с поверхности клетки [19]. В ряде исследований показано, что домен МА взаимодействует с поверхностью отрицательно заряженной плазматической мембраны электростатически через высокоосновный участок на его N-конце, связываясь с заряженными липидами фосфатидилсерином (PS) и фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом (PI(4,5)P2) на внутренней стороне плазматической мембраны [23,24]. В этих работах предполагается специфичность взаимодействия Gag с PI(4,5)P2, которую объясняют двумя механизмами: i) миристоильная группа на N-конце домена МА служит «якорем» для закрепления белка в липидном бислое за счет электростатических взаимодействий с PI(4,5)P2 и ii) это запускает конформационные изменения в домене МА, которые дополнительно удерживают Gag в мембране за счет гидрофобных сил [25]. Помимо нацеливания на плазматическую мембрану, домен МА способен электростатически связывать вирусную РНК [26]. Капсидный домен СА расположен в середине молекулы Gag и отвечает за взаимодействие молекул полипротеинов друг с другом для образования белковой решетки незрелых вирусных частиц и полимеризованного вирусного капсида [27]. Нуклеокапсидный домен NC необходим для упаковки вирусной РНК в формирующуюся частицу путем ее распознавания, взаимодействия и димеризации [28,29]. Домен р6 на С-конце молекулы Gag ответственен за процессы на поздних этапах отпочковывания при высвобождении дочерних вирионов с поверхности инфицированной клетки. Эти этапы катализируют молекулярные машины клетки-хозяина, например, ESCRT - комплекс деления клеток. Кроме того, как и домен МА, домен р6 вовлечен в процесс встраивания поверхностных белков Env в зарождающуюся вирусную частицу. Таким

образом, каждый из доменов полипротеина Gag выполняет особую функцию в процессе формирования незрелого вириона ВИЧ, а успешное производство вируса происходит за счет взаимодействия Gag с самим собой, с РНК и с поверхностью клеточной мембраны.

Весь процесс формирования инфекционного ВИЧ, или жизненный цикл вируса, можно разделить на раннюю и позднюю фазы [19]. Ранняя фаза включает связывание вируса с рецепторами на поверхности клетки и его проникновение внутрь клетки (слияние с клеточной мембраной), образование копии вирусного генома и его интеграцию в генетический материал клетки -хозяина (Рис. 2, пункты 1-4). К поздней фазе относятся воспроизводство вирусного генетического материала; синтез вирусных белков и их транспортировка на плазматическую мембрану, где происходит сборка незрелой (неинфекционной) вирусной частицы; ее высвобождение с поверхности клетки и образование зрелого (инфекционной формы) вириона в результате расщепления полипротеина Gag и конформационных перестроек образованных белков (Рис. 2, пункты 5-9).

Знание этапов формирования вируса позволило разработать различные стратегии борьбы с данным патогеном. На сегодняшний день в терапии ВИЧ широко используются лекарственные препараты, направленные на инактивацию вируса на нескольких критических стадиях жизненного цикла (Рис. 2) [30]. Наиболее успешные современные препараты нацелены на вирусные ферменты: протеазу, обратную транскриптазу и интегразу [31]. Ингибиторы обратной транскриптазы (NRTIs) встраиваются в растущую цепь ДНК, останавливая ее окончательное формирование и дальнейшее распространение по клетке [32,33]. Однако, такие вещества эффективны непродолжительное время из-за накапливающихся мутаций в структуре фермента и развития резистентности [34-36]. Вместо них чаще используют соединения NNRTIs, связывающие обратную транскриптазу и нарушающие формирование вирусных ферментов [37-39]. Ингибиторы протеазы предотвращают созревание инфекционной формы вируса [40,41]. Ингибиторы

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дениева Зарет Гезимахмаевна, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Valizadeh, A.; Sohrabi, N.; Badrzadeh, F. Electrochemical Detection of HIV-1 by Nanomaterials. Artificial Cells, Nanomedicine and Biotechnology 2017, 45, 1467-1477, doi:10.1080/21691401.2017.1282494.

2. Hassen, W.M.; Chaix, C.; Abdelghani, A.; Bessueille, F.; Leonard, D.; Jaffrezic-Renault, N. An Impedimetric DNA Sensor Based on Functionalized Magnetic Nanoparticles for HIV and HBV Detection. Sensors and Actuators, B: Chemical2008, 134, 755-760, doi:10.1016/j.snb.2008.06.020.

3. Tran, L.D.; Nguyen, B.H.; Van Hieu, N.; Tran, H.V.; Nguyen, H.L.; Nguyen, P.X. Electrochemical Detection of Short HIV Sequences on Chitosan/Fe 3O4 Nanoparticle Based Screen Printed Electrodes. Materials Science and Engineering C 2011, 31, 477-485, doi:10.1016/j.msec.2010.11.007.

4. Lee, J.H.; Oh, B.K.; Choi, J.W. Electrochemical Sensor Based on Direct Electron Transfer ofHIV-1 Virus at Au Nanoparticle Modified ITO Electrode. Biosensors and Bioelectronics 2013, 49, 531-535, doi:10.1016/j.bios.2013.06.010.

5. Prasek, J.; Huska, D.; Jasek, O.; Zajickova, L.; Trnkova, L.; Adam, V.; Kizek, R.; Hubalek, J. Carbon Composite Micro- and Nano-Tubes-Based Electrodes for Detection of Nucleic Acids. Nanoscale Research Letters 2011, 6, 1-5, doi:10.1186/1556-276X-6-385.

6. Bell, N.M.; Lever, A.M.L. HIV Gag Polyprotein: Processing and Early Viral Particle Assembly. Trends in Microbiology 2013, 21, 136-144, doi:10.1016/j.tim.2012.11.006.

7. Olety, B.; Ono, A. Roles Played by Acidic Lipids in HIV-1 Gag Membrane Binding. Virus Res 2014, 193, 108-115, doi:10.1016/j.virusres.2014.06.015.Roles.

8. Ciftci, H.; Tateishi, H.; Koiwai, K.; Koga, R.; Anraku, K.; Monde, K.; Dag, Q.; Destan, E.; Yuksel, B.; Ayan, E.; et al. Structural Insight into Host Plasma

Membrane Association and Assembly of HIV-1 Matrix Protein. Scientific Reports 2021, 11, 15819-15833.

9. Dick, R.A.; Zadrozny, K.K.; Xu, C.; Schur, F.K.M.; Lyddon, T.D.; Ricana, C.L.; Wagner, J.M.; Perilla, J.R.; Ganser-Pornillos, B.K.; Johnson, M.C.; et al. Inositol Phosphates Are Assembly Co-Factors for HIV-1. Nature 2018, 560, 509-512, doi:10.1038/s41586-018-0396-4.

10. Dick, R.A.; Goh, S.L.; Feigenson, G.W.; Vogt, V.M. HIV-1 Gag Protein Can Sense the Cholesterol and Acyl Chain Environment in Model Membranes. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 18761-18766, doi:10.1073/pnas. 1209408109.

11. Jiang, Z.; Redfern, R.E.; Isler, Y.; Ross, A.H.; Gericke, A. Cholesterol Stabilizes Fluid Phosphoinositide Domains. Chemistry and Physics of Lipids 2014, 182, 52-61, doi:10.1016/j.chemphyslip.2014.02.003.

12. Derdowski, A.; Ding, L.; Spearman, P. A Novel Fluorescence Resonance Energy Transfer Assay Demonstrates That the Human Immunodeficiency Virus Type 1 Pr55 Gag I Domain Mediates Gag-Gag Interactions. J Virol 2004, 78, 1230-1242, doi:10.1128/JVI.78.3.1230-1242.2004.

13. Hogue, I.B.; Hoppe, A.; Ono, A. Quantitative Fluorescence Resonance Energy Transfer Microscopy Analysis of the Human Immunodeficiency Virus Type 1 Gag-Gag Interaction: Relative Contributions of the CA and NC Domains and Membrane Binding. J Virol 2009, 83, 7322-7336, doi:10.1128/JVI.02545-08.

14. Hübner, W.; Chen, P.; Portillo, A.D.; Liu, Y.; Gordon, R.E.; Chen, B.K. Sequence of Human Immunodeficiency Virus Type 1 (HIV-1) Gag Localization and Oligomerization Monitored with Live Confocal Imaging of a Replication-Competent, Fluorescently Tagged HIV-1. J Virol 2007, 81, 12596-12607, doi:10.1128/JVI.01088-07.

15. Campbell, S.; Rein, A. In Vitro Assembly Properties of Human Immunodeficiency Virus Type 1 Gag Protein Lacking the P6 Domain. J Virol 1999, 73, 2270-2279, doi:10.1128/JVI.73.3.2270-2279.1999.

16. Fuller, S.D.; Wilk, T.; Gowen, B.E.; Kräusslich, H.-G.; Vogt, V.M. Cryo-Electron Microscopy Reveals Ordered Domains in the Immature HIV-1 Particle. Current Biology 1997, 7, 729-738, doi:10.1016/S0960-9822(06)00331-9.

17. Wright, E.R.; Schooler, J.B.; Ding, H.J.; Kieffer, C.; Fillmore, C.; Sundquist, W.I.; Jensen, G.J. Electron Cryotomography of Immature HIV-1 Virions Reveals the Structure of the CA and SP1 Gag Shells. EMBO J2007, 26, 22182226, doi:10.1038/sj.emboj.7601664.

18. Montagnier, L. A History of HIV Discovery. Science 2002, 298, 1727-1728, doi:10.1126/science.1079027.

19. Freed, E.O. HIV-1 Assembly, Release and Maturation. Nat Rev Microbiol 2015, 13, 484-496, doi:10.1038/nrmicro3490.

20. Rein, A.; Datta, S.A.K.; Jones, C.P.; Musier-Forsyth, K. Diverse Interactions of Retroviral Gag Proteins with RNAs. Trends in Biochemical Sciences 2011, S0968000411000545, doi:10.1016/j.tibs.2011.04.001.

21. Ganser-Pornillos, B.K.; Yeager, M.; Pornillos, O. Assembly and Architecture of HIV. In Viral Molecular Machines; Rossmann, M.G., Rao, V.B., Eds.; Advances in Experimental Medicine and Biology; Springer US: Boston, MA, 2012; Vol. 726, pp. 441-465 ISBN 978-1-4614-0979-3.

22. Briggs, J.A.G.; Simon, M.N.; Gross, I.; Kräusslich, H.-G.; Fuller, S.D.; Vogt, V.M.; Johnson, M.C. The Stoichiometry of Gag Protein in HIV-1. Nat Struct Mol Biol 2004, 11, 672-675, doi:10.1038/nsmb785.

23. Saad, J.S.; Miller, J.; Tai, J.; Kim, A.; Ghanam, R.H.; Summers, M.F. Structural Basis for Targeting HIV-1 Gag Proteins to the Plasma Membrane for Virus Assembly. Proc Natl Acad Sci U S A 2006, 103, 11364-11369, doi:10.1073/pnas. 0602818103.

24. Mercredi, P.Y.; Bucca, N.; Loeliger, B.; Gaines, C.R.; Mehta, M.; Bhargava, P.; Tedbury, P.R.; Charlier, L.; Floquet, N.; Muriaux, D.; et al. Structural and Molecular Determinants of Membrane Binding by the HIV-1 Matrix Protein.

Journal of Molecular Biology 2016, 428, 1637-1655, doi:10.1016/j.jmb.2016.03.005.

25. Freed, E.O. HIV-1 Gag: Flipped out for PI(4,5)P 2. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 11101-11102, doi:10.1073/pnas.0604715103.

26. Alfadhli, A.; McNett, H.; Tsagli, S.; Bächinger, H.P.; Peyton, D.H.; Barklis, E. HIV-1 Matrix Protein Binding to RNA. Journal of Molecular Biology 2011, 410, 653-666, doi:10.1016/j.jmb.2011.04.063.

27. Grime, J.M.A.; Dama, J.F.; Ganser-Pornillos, B.K.; Woodward, C.L.; Jensen, G.J.; Yeager, M.; Voth, G.A. Coarse-Grained Simulation Reveals Key Features of HIV-1 Capsid Self-Assembly. Nat Commun 2016, 7, 11568, doi:10.1038/ncomms11568.

28. De Guzman, R.N. Structure of the HIV-1 Nucleocapsid Protein Bound to the SL3 -RNA Recognition Element. Science 1998, 279, 384-388, doi:10.1126/science. 279.5349.384.

29. Mouhand, A.; Pasi, M.; Catala, M.; Zargarian, L.; Belfetmi, A.; Barraud, P.; Mauffret, O.; Tisne, C. Overview of the Nucleic-Acid Binding Properties of the HIV-1 Nucleocapsid Protein in Its Different Maturation States. Viruses 2020, 12, 1109, doi:10.3390/v12101109.

30. Tedbury, P.R.; Freed, E.O. HIV-1 Gag: An Emerging Target for Antiretroviral Therapy. In The Future of HIV-1 Therapeutics; Torbett, B.E., Goodsell, D.S., Richman, D.D., Eds.; Current Topics in Microbiology and Immunology; Springer International Publishing: Cham, 2015; Vol. 389, pp. 171-201 ISBN 978-3-319-18517-0.

31. Arts, E.J.; Hazuda, D.J. HIV-1 Antiretroviral Drug Therapy. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine 2012, 2, a007161-a007161, doi:10.1101/cshperspect.a007161.

32. Furman, P.A.; Fyfe, J.A.; St Clair, M.H.; Weinhold, K.; Rideout, J.L.; Freeman, G.A.; Lehrman, S.N.; Bolognesi, D.P.; Broder, S.; Mitsuya, H. Phosphorylation of 3'-Azido-3'-Deoxythymidine and Selective Interaction of the 5'-Triphosphate with Human Immunodeficiency Virus Reverse

Transcriptase. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1986, 83, 8333-8337, doi:10.1073/pnas .83.21.8333.

33. Hart, G.J.; Orr, D.C.; Penn, C.R.; Figueiredo, H.T.; Gray, N.M.; Boehme, R.E.; Cameron, J.M. Effects of (-)-2'-Deoxy-3'-Thiacytidine (3TC) 5'-Triphosphate on Human Immunodeficiency Virus Reverse Transcriptase and Mammalian DNA Polymerases Alpha, Beta, and Gamma. Antimicrob Agents Chemother 1992, 36, 1688-1694, doi:10.1128/AAC.36.8.1688.

34. Arion, D.; Kaushik, N.; McCormick, S.; Borkow, G.; Parniak, M.A. Phenotypic Mechanism of HIV-1 Resistance to 3'-Azido-3' -Deoxythymidine (AZT): Increased Polymerization Processivity and Enhanced Sensitivity to Pyrophosphate ofthe Mutant Viral Reverse Transcriptase. Biochemistry 1998, 37, 15908-15917, doi:10.1021/bi981200e.

35. Meyer, P.R.; Matsuura, S.E.; Mian, A.M.; So, A.G.; Scott, W.A. A Mechanism of AZT Resistance. Molecular Cell 1999, 4, 35-43, doi:10.1016/S1097-2765(00)80185-9.

36. Quinones-Mateu, M.E.; Arts, E.J. Fitness of Drug Resistant HIV-1: Methodology and Clinical Implications. Drug Resistance Updates 2002, 5, 224-233, doi:10.1016/S1368-7646(02)00123-1.

37. Kohlstaedt, L.A.; Wang, J.; Friedman, J.M.; Rice, P.A.; Steitz, T.A. Crystal Structure at 3.5 A Resolution of HIV-1 Reverse Transcriptase Complexed with an Inhibitor. Science 1992, 256, 1783-1790, doi:10.1126/science.1377403.

38. Tantillo, C.; Ding, J.; Jacobo-Molina, A.; Nanni, R.G.; Boyer, P.L.; Hughes, S.H.; Pauwels, R.; Andries, K.; Janssen, P.A.J.; Arnold, E. Locations of AntiAIDS Drug Binding Sites and Resistance Mutations in the Three-Dimensional Structure of HIV-1 Reverse Transcriptase. Journal of Molecular Biology 1994, 243, 369-387, doi:10.1006/jmbi. 1994.1665.

39. Spence, R.A.; Kati, W.M.; Anderson, K.S.; Johnson, K.A. Mechanism of Inhibition of HIV-1 Reverse Transcriptase by Nonnucleoside Inhibitors. Science 1995, 267, 988-993, doi:10.1126/science.7532321.

40. Park, J.; Morrow, C.D. Mutations in the Protease Gene of Human Immunodeficiency Virus Type 1 Affect Release and Stability of Virus Particles. Virology 1993, 194, 843-850, doi:10.1006/viro.1993.1328.

41. Miller, V. Resistance to Protease Inhibitors: Journal of Acquired Immune Deficiency Syndromes 2001, S34-S50, doi:10.1097/00042560-200103011-00005.

42. Espeseth, A.S.; Felock, P.; Wolfe, A.; Witmer, M.; Grobler, J.; Anthony, N.; Egbertson, M.; Melamed, J.Y.; Young, S.; Hamill, T.; et al. HIV-1 Integrase Inhibitors That Compete with the Target DNA Substrate Define a Unique Strand Transfer Conformation for Integrase. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 11244-11249, doi:10.1073/pnas.200139397.

43. Hazuda, D.J.; Anthony, N.J.; Gomez, R.P.; Jolly, S.M.; Wai, J.S.; Zhuang, L.; Fisher, T.E.; Embrey, M.; Guare, J.P.; Egbertson, M.S.; et al. A Naphthyridine Carboxamide Provides Evidence for Discordant Resistance between Mechanistically Identical Inhibitors of HIV-1 Integrase. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 11233-11238, doi:10.1073/pnas.0402357101.

44. Hazuda, D.J.; Young, S.D.; Guare, J.P.; Anthony, N.J.; Gomez, R.P.; Wai, J.S.; Vacca, J.P.; Handt, L.; Motzel, S.L.; Klein, H.J.; et al. Integrase Inhibitors and Cellular Immunity Suppress Retroviral Replication in Rhesus Macaques. Science 2004, 305, 528-532, doi:10.1126/science. 1098632.

45. Haqqani, A.A.; Tilton, J.C. Entry Inhibitors and Their Use in the Treatment of HIV-1 Infection. Antiviral Research 2013, 98, 158-170, doi:10.1016/j.antiviral.2013.03.017.

46. Palmer, S. Advances in Detection and Monitoring of Plasma Viremia in HIV-Infected Individuals Receiving Antiretroviral Therapy: Current Opinion in HIV and AIDS 2013, 8, 87-92, doi:10.1097/C0H.0b013e32835d80af.

47. Rodrigo, M.A.M.; Heger, Z.; Cernei, N.; Jinemez, A.M.J.; Zitka, O.; Adam, V.; Kizek, R. HIV Biosensors - The Potential of the Electrochemical Way. International Journal of Electrochemical Science 2014, 9, 3449-3457, doi:10.1016/S 1452-3981(23)08023-9.

48. Nawaz, H.; Tahir, M.; Anwar, S.; Majeed, M.I.; Rashid, N. Detection of HIV Virus Using Biosensor. In Nanobiosensors; Wu, A., Khan, W.S., Eds.; Wiley, 2020; pp. 149-169 ISBN 978-3-527-34510-6.

49. Gogola, J.L.; Martins, G.; Gevaerd, A.; Blanes, L.; Cardoso, J.; Marchini, F.K.; Banks, C.E.; Bergamini, M.F.; Marcolino-Junior, L.H. Label-Free Aptasensor for P24-HIV Protein Detection Based on Graphene Quantum Dots as an Electrochemical Signal Amplifier. Analytica Chimica Acta 2021, 1166, 338548, doi:10.1016/j.aca.2021.338548.

50. Lee, J.-H.; Kim, B.-C.; Oh, B.-K.; Choi, J.-W. Highly Sensitive Localized Surface Plasmon Resonance Immunosensor for Label-Free Detection of HIV-1. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine 2013, 9, 10181026, doi:10.1016/j.nano.2013.03.005.

51. Lifson, M.A.; Ozen, M.O.; Inci, F.; Wang, S.; Inan, H.; Baday, M.; Henrich, T.J.; Demirci, U. Advances in Biosensing Strategies for HIV-1 Detection, Diagnosis, and Therapeutic Monitoring. Advanced Drug Delivery Reviews 2016, 103, 90-104, doi:10.1016/j.addr.2016.05.018.

52. van Meer, G.; Voelker, D.R.; Feigenson, G.W. Membrane Lipids: Where They Are and How They Behave. Nat Rev Mol Cell Biol 2008, 9, 112-124, doi:10.1038/nrm2330.

53. Marquardt, D.; Geier, B.; Pabst, G. Asymmetric Lipid Membranes: Towards More Realistic Model Systems. Membranes 2015, 5, 180-196, doi:10.3390/membranes5020180.

54. Feigenson, G.W. Phase Boundaries and Biological Membranes. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2007, 36, 63-77, doi:10.1146/annurev.biophys.36.040306.132721.

55. Brown, D.A.; London, E. Structure and Origin of Ordered Lipid Domains in Biological Membranes. Journal of Membrane Biology 1998, 164, 103-114, doi:10.1007/s002329900397.

56. El-Beyrouthy, J.; Freeman, E. Characterizing the Structure and Interactions of Model Lipid Membranes Using Electrophysiology. Membranes 2021, 11, 319, doi:10.3390/membranes11050319.

57. El-Beyrouthy, J.; Makhoul-Mansour, M.M.; Taylor, G.; Sarles, S.A.; Freeman, E.C. A New Approach for Investigating the Response of Lipid Membranes to Electrocompression by Coupling Droplet Mechanics and Membrane Biophysics. J. R. Soc. Interface. 2019, 16, 20190652, doi:10.1098/rsif.2019.0652.

58. Taylor, G.J.; Venkatesan, G.A.; Collier, C.P.; Sarles, S.A. Direct in Situ Measurement of Specific Capacitance, Monolayer Tension, and Bilayer Tension in a Droplet Interface Bilayer. Soft Matter 2015, 11, 7592-7605, doi:10.1039/C5SM01005E.

59. Chatterjee, S.N.; Agarwal, S. Liposomes as Membrane Model for Study of Lipid Peroxidation. Free Radical Biology and Medicine 1988, 4, 51-72, doi:10.1016/0891-5849(88)90011-1.

60. Angelova, M.I.; Dimitrov, D.S. Liposome Electroformation. Faraday Discuss. Chem. Soc. 1986, 81, 303, doi:10.1039/dc9868100303.

61. Pautot, S.; Frisken, B.J.; Weitz, D.A. Production of Unilamellar Vesicles Using an Inverted Emulsion. Langmuir 2003, 19, 2870-2879, doi:10.1021/la026100v.

62. Stein, H.; Spindler, S.; Bonakdar, N.; Wang, C.; Sandoghdar, V. Production of Isolated Giant Unilamellar Vesicles under High Salt Concentrations. Front. Physiol. 2017, 8, doi:10.3389/fphys.2017.00063.

63. Ermakov, Y.A. The Determination of Binding Site Density and Assocition Constants for Monovalent Cation Adsorption onto Liposomes Made from Mixtures of Zwitterionic and Charged Lipids. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes 1990, 1023, 91-97, doi:10.1016/0005-2736(90)90013-E.

64. Mueller, P.; Rudin, D.O.; Ti Tien, H.; Wescott, W.C. Reconstitution of Cell Membrane Structure in Vitro and Its Transformation into an Excitable System. Nature 1962, 194, 979-980, doi:10.1038/194979a0.

65. Montal, M.; Mueller, P. Formation of Bimolecular Membranes from Lipid Monolayers and a Study of Their Electrical Properties. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1972, 69, 3561-3566, doi:10.1073/pnas.69.12.3561.

66. Fuks, B.; Homble, F. Permeability and Electrical Properties of Planar Lipid Membranes from Thylakoid Lipids. Biophysical Journal 1994, 66, 1404-1414, doi:10.1016/S0006-3495(94)80931-2.

67. Labbe, E.; Buriez, O. Electrode-supported and Free-standing Bilayer Lipid Membranes: Formation and Uses in Molecular Electrochemistry. Electrochemical Science Adv 2022, 2, e2100170, doi:10.1002/elsa.202100170.

68. Waheed, A.A.; Freed, E.O. The Role of Lipids in Retrovirus Replication. Viruses 2010, 2, 1146-1180, doi:10.3390/v2051146.

69. Aloia, R.C.; Tian, H.; Jensen, F.C. Lipid Composition and Fluidity of the Human Immunodeficiency Virus Envelope and Host Cell Plasma Membranes. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 5181-5185, doi:10.1073/pnas.90.11.5181.

70. Brügger, B.; Glass, B.; Haberkant, P.; Leibrecht, I.; Wieland, F.T.; Kräusslich, H.-G. The HIV Lipidome: A Raft with an Unusual Composition. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 2641-2646, doi:10.1073/pnas.0511136103.

71. Chan, R.; Uchil, P.D.; Jin, J.; Shui, G.; Ott, D.E.; Mothes, W.; Wenk, M.R. Retroviruses Human Immunodeficiency Virus and Murine Leukemia Virus Are Enriched in Phosphoinositides. J Virol 2008, 82, 11228-11238, doi:10.1128/JVI.00981-08.

72. Callahan, M.K.; Popernack, P.M.; Tsutsui, S.; Truong, L.; Schlegel, R.A.; Henderson, A.J. Phosphatidylserine on HIV Envelope Is a Cofactor for Infection of Monocytic Cells. The Journal of Immunology 2003, 170, 48404845, doi:10.4049/jimmunol. 170.9.4840.

73. Yeung, T.; Heit, B.; Dubuisson, J.-F.; Fairn, G.D.; Chiu, B.; Inman, R.; Kapus, A.; Swanson, M.; Grinstein, S. Contribution of Phosphatidylserine to Membrane Surface Charge and Protein Targeting during Phagosome Maturation. Journal of Cell Biology 2009, 185, 917-928, doi:10.1083/jcb.200903020.

74. Ermakov, Y.A.; Averbakh, A.Z.; Yusipovich, A.I.; Sukharev, S. Dipole Potentials Indicate Restructuring of the Membrane Interface Induced by Gadolinium and Beryllium Ions. Biophysical Journal 2001, 80, 1851-1862, doi:10.1016/S0006-3495(01)76155-3.

75. Ermakov, Y.A.; Kamaraju, K.; Sengupta, K.; Sukharev, S. Gadolinium Ions Block Mechanosensitive Channels by Altering the Packing and Lateral Pressure of Anionic Lipids. Biophysical Journal 2010, 98, 1018-1027, doi:10.1016/j.bpj.2009.11.044.

76. Ermakov, Y.A. Boundary Potential ofLipid Bilayers: Methods, Interpretations and Biological Applications. J. Phys.: Conf. Ser. 2017, 794, 012007, doi:10.1088/1742-65 96/794/1/012007.

77. Marukovich, N.; McMurray, M.; Finogenova, O.; Nesterenko, A.; Batishchev, O.; Ermakov, Y. Interaction of Polylysines with the Surface of Lipid Membranes. In Advances in Planar Lipid Bilayers and Liposomes; Elsevier, 2013; Vol. 17, pp. 139-166 ISBN 978-0-12-411516-3.

78. Ермаков, Ю.А.; Соколов, В.С.; Акимов, С.А.; Батищев, О.В. Физико -Химические и Электрохимические Аспекты Функционирования Биологических Мембран. Журнал физической химии 2020, 94, 342-348, doi:10.31857/S0044453720030085.

79. Wen, Y.; Dick, R.A.; Feigenson, G.W.; Vogt, V.M. Effects of Membrane Charge and Order on Membrane Binding of the Retroviral Structural Protein Gag. J Virol 2016, 90, 9518-9532, doi:10.1128/JVI.01102-16.

80. Dalton, A.K.; Murray, P.S.; Murray, D.; Vogt, V.M. Biochemical Characterization of Rous Sarcoma Virus MA Protein Interaction with

Membranes. J Virol 2005, 79, 6227-6238, doi:10.1128/JVI.79.10.6227-6238.2005.

81. Chukkapalli, V.; Ono, A. Molecular Determinants That Regulate Plasma Membrane Association of HIV-1 Gag. Journal of Molecular Biology 2011, 410, 512-524, doi:10.1016/j.jmb.2011.04.015.

82. Dalton, A.K.; Ako-Adjei, D.; Murray, P.S.; Murray, D.; Vogt, V.M. Electrostatic Interactions Drive Membrane Association of the Human Immunodeficiency Virus Type 1 Gag MA Domain. J Virol 2007, 81, 64346445, doi:10.1128/JVI.02757-06.

83. Barro s, M.; Heinrich, F. ; Datta, S.A.K.; Rein, A. ; Karageorgo s, I. ; Nanda, H. ; Lösche, M. Membrane Binding of HIV-1 Matrix Protein: Dependence on Bilayer Composition and Protein Lipidation. J Virol 2016, 90, 4544-4555, doi:10.1128/JVI.02820-15.

84. Kempf, N.; Postupalenko, V.; Bora, S.; Didier, P.; Arntz, Y.; De Rocquigny, H.; Mély, Y. The HIV-1 Nucleocapsid Protein Recruits Negatively Charged Lipids To Ensure Its Optimal Binding to Lipid Membranes. J Virol 2015, 89, 1756-1767, doi:10.1128/JVI.02931-14.

85. Perez-Caballero, D.; Hatziioannou, T.; Martin-Serrano, J.; Bieniasz, P.D. Human Immunodeficiency Virus Type 1 Matrix Inhibits and Confers Cooperativity on Gag Precursor-Membrane Interactions. J Virol 2004, 78, 9560-9563, doi:10.1128/JVI.78.17.9560-9563.2004.

86. Ono, A.; Demirov, D.; Freed, E.O. Relationship between Human Immunodeficiency Virus Type 1 Gag Multimerization and Membrane Binding. J Virol 2000, 74, 5142-5150, doi:10.1128/JVI.74.11.5142-5150.2000.

87. Tran, R.J.; Lalonde, M.S.; Sly, K.L.; Conboy, J.C. Mechanistic Investigation ofHIV-1 Gag Association with Lipid Membranes. J. Phys. Chem. B 2019, 123, 4673-4687, doi:10.1021/acs.jpcb.9b02655.

88. Gui, D.; Gupta, S.; Xu, J.; Zandi, R.; Gill, S.; Huang, I.-C.; Rao, A.L.N.; Mohideen, U. A Novel Minimal in Vitro System for Analyzing HIV-1 Gag-

Mediated Budding. J Biol Phys 2015, 41, 135-149, doi:10.1007/s10867-014-9370-z.

89. Vlach, J.; Saad, J.S. Trio Engagement via Plasma Membrane Phospholipids and the Myristoyl Moiety Governs HIV-1 Matrix Binding to Bilayers. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013, 110, 3525-3530, doi:10.1073/pnas.1216655110.

90. Ferrell, J.E.; Huestis, W.H. Phosphoinositide Metabolism and the Morphology of Human Erythrocytes. Journal of Cell Biology 1984, 98, 1992-1998, doi:10.1083/jcb.98.6.1992.

91. Matteis, M.A.D.; Godi, A. PI-Loting Membrane Traffic. Nat Cell Biol 2004, 6, 487-492, doi:10.1038/ncb0604-487.

92. Hilgemann, D.W. Local PIP2 Signals: When, Where, and How? Pflugers Arch - Eur J Physiol 2007, 455, 55-67, doi:10.1007/s00424-007-0280-9.

93. Van Paridon, P.A.; De Kruijff, B.; Ouwerkerk, R.; Wirtz, K.W.A Polyphosphoinositides Undergo Charge Neutralization in the Physiological pH Range: A 31P-NMR Study. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Lipids and Lipid Metabolism 1986, 877, 216-219, doi:10.1016/0005-2760(86)90137-2.

94. McLaughlin, S.; Wang, J.; Gambhir, A.; Murray, D. PIP 2 and Proteins: Interactions, Organization, and Information Flow. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2002, 31, 151-175, doi:10.1146/annurev.biophys.31.082901.134259.

95. Toner, M.; Vaio, G.; McLaughlin, A.; McLaughlin, S. Adsorption of Cations to Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphate. Biochemistry 1988, 27, 7435-7443, doi:10.1021/bi00419a039.

96. Graber, Z.T.; Jiang, Z.; Gericke, A.; Kooijman, E.E. Phosphatidylinositol-4,5-Bisphosphate Ionization and Domain Formation in the Presence ofLipids with Hydrogen Bond Donor Capabilities. Chemistry and Physics of Lipids 2012, 165, 696-704, doi:10.1016/j.chemphyslip.2012.07.003.

97. Kooijman, E.E.; King, K.E.; Gangoda, M.; Gericke, A. Ionization Properties of Phosphatidylinositol Polyphosphates in Mixed Model Membranes. Biochemistry 2009, 48, 9360-9371, doi:10.1021/bi9008616.

98. Redfern, D.A.; Gericke, A. pH-Dependent Domain Formation in Phosphatidylinositol Polyphosphate/Phosphatidylcholine Mixed Vesicles. Journal of Lipid Research 2005, 46, 504-515, doi:10.1194/jlr.M400367-JLR200.

99. Redfern, D.A.; Gericke, A. Domain Formation in Phosphatidylinositol Monophosphate/Phosphatidylcholine Mixed Vesicles. Biophysical Journal 2004, 86, 2980-2992, doi:10.1016/S0006-3495(04)74348-9.

100. Levental, I.; Cebers, A.; Janmey, P.A. Combined Electrostatics and Hydrogen Bonding Determine Intermolecular Interactions Between Polyphosphoinositides. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9025-9030, doi:10.1021/ja800948c.

101. Levental, I.; Janmey, P.A.; Cebers, A. Electrostatic Contribution to the Surface Pressure of Charged Monolayers Containing Polyphosphoinositides. Biophysical Journal 2008, 95, 1199-1205, doi:10.1529/biophysj. 107.126615.

102. Wen, Y.; Vogt, V.M.; Feigenson, G.W. Multivalent Cation-Bridged PI(4,5)P2 Clusters Form at Very Low Concentrations. Biophysical Journal 2018, 114, 2630-2639, doi:10.1016/j.bpj.2018.04.048.

103. Chukkapalli, V.; Hogue, I.B.; Boyko, V.; Hu, W.-S.; Ono, A. Interaction between the Human Immunodeficiency Virus Type 1 Gag Matrix Domain and Phosphatidylinositol-(4,5)-Bisphosphate Is Essential for Efficient Gag Membrane Binding. J Virol 2008, 82, 2405-2417, doi:10.1128/JVI.01614-07.

104. Ono, A.; Ablan, S.D.; Lockett, S.J.; Nagashima, K.; Freed, E.O. Phosphatidylinositol (4,5) Bisphosphate Regulates HIV-1 Gag Targeting to the Plasma Membrane. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 14889-14894, doi:10.1073/pnas.0405596101.

105. Mücksch, F.; Laketa, V.; Müller, B.; Schultz, C.; Kräusslich, H.-G. Synchronized HIV Assembly by Tunable PIP2 Changes Reveals PIP2 Requirement for Stable Gag Anchoring. eLife 2017, 6, e25287, doi:10.7554/eLife.25287.

106. Chukkapalli, V.; Oh, S.J.; Ono, A. Opposing Mechanisms Involving RNA and Lipids Regulate HIV-1 Gag Membrane Binding through the Highly Basic Region of the Matrix Domain. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 16001605, doi:10.1073/pnas. 0908661107.

107. Mammano, F.; Ohagen, A.; Höglund, S.; Göttlinger, H.G. Role of the Major Homology Region of Human Immunodeficiency Virus Type 1 in Virion Morphogenesis. J Virol 1994, 68, 4927-4936, doi:10.1128/jvi.68.8.4927-4936.1994.

108. Tang, C.; Loeliger, E.; Luncsford, P.; Kinde, I.; Beckett, D.; Summers, M.F. Entropic Switch Regulates Myristate Exposure in the HIV-1 Matrix Protein. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 517-522, doi:10.1073/pnas.0305665101.

109. Tieleman, D.P.; Marrink, S.J. Lipids out of Equilibrium: Energetics of Desorption and Pore Mediated Flip-Flop. Journal of the American Chemical Society 2006, 128, 12462-12467, doi:10.1021/ja0624321.

110. Murphy, R.E.; Saad, J.S. The Interplay between HIV-1 Gag Binding to the Plasma Membrane and Env Incorporation. Viruses 2020, 12, 548, doi:10.3390/v12050548.

111. Gaines, C.R.; Tkac ik, E.; Rivera-Oven, A.; Somani, P.; Achimovich, A.; Alabi, T.; Zhu, A.; Getachew, N.; Yang, A.L.; McDonough, M.; et al. HIV-1 Matrix Protein Interactions with tRNA: Implications for Membrane Targeting. Journal of Molecular Biology 2018, 430, 2113-2127, doi:10.1016/j.jmb.2018.04.042.

112. Alfadhli, A.; Still, A.; Barklis, E. Analysis of Human Immunodeficiency Virus Type 1 Matrix Binding to Membranes and Nucleic Acids. J Virol 2009, 83, 12196-12203, doi:10.1128/JVI.01197-09.

113. Ono, A.; Freed, E.O. Plasma Membrane Rafts Play a Critical Role in HIV-1 Assembly and Release. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 13925-13930, doi:10.1073/pnas.241320298.

114. Yandrapalli, N.; Lubart, Q.; Tanwar, H.S.; Picart, C.; Mak, J.; Muriaux, D.; Favard, C. Self Assembly of HIV-1 Gag Protein on Lipid Membranes Generates PI(4,5)P2/Cholesterol Nanoclusters. Sci Rep 2016, 6, 39332, doi:10.1038/srep39332.

115. Favard, C.; Chojnacki, J.; Merida, P.; Yandrapalli, N.; Mak, J.; Eggeling, C.; Muriaux, D. HIV-1 Gag Specifically Restricts PI(4,5)P2 and Cholesterol Mobility in Living Cells Creating a Nanodomain Platform for Virus Assembly. Sci. Adv. 2019, 5, eaaw8651, doi:10.1126/sciadv.aaw8651.

116. Doktorova, M.; Heberle, F.A.; Kingston, R.L.; Khelashvili, G.; Cuendet, M.A.; Wen, Y.; Katsaras, J.; Feigenson, G.W.; Vogt, V.M.; Dick, R.A. Cholesterol Promotes Protein Binding by Affecting Membrane Electrostatics and Solvation Properties. Biophysical Journal 2017, 113, 2004-2015, doi:10.1016/j.bpj.2017.08.055.

117. Datta, S.A.K.; Zhao, Z.; Clark, P.K.; Tarasov, S.; Alexandratos, J.N.; Campbell, S.J.; Kvaratskhelia, M.; Lebowitz, J.; Rein, A. Interactions between HIV-1 Gag Molecules in Solution: An Inositol Phosphate-Mediated Switch. J Mol Biol 2007, 365, 799-811, doi:10.1016/j.jmb.2006.10.072.

118. Campbell, S.; Fisher, R.J.; Towler, E.M.; Fox, S.; Issaq, H.J.; Wolfe, T.; Phillips, L.R.; Rein, A. Modulation of HIV-like Particle Assembly in Vitro by Inositol Phosphates. Proc Natl Acad Sci US A 2001, 98, 10875-10879, doi:10.1073/pnas. 191224698.

119. Chen, S.; Xu, J.; Liu, M.; Rao, A.L.N.; Zandi, R.; Gill, S.S.; Mohideen, U. Investigation of HIV-1 Gag Binding with RNAs and Lipids Using Atomic Force Microscopy. PLoS ONE 2020, 15, e0228036, doi:10.1371/journal.pone.0228036.

120. Kutluay, S.B.; Bieniasz, P.D. Analysis of the Initiating Events in HIV-1 Particle Assembly and Genome Packaging. PLoS Pathog 2010, 6, e1001200, doi:10.1371/journal.ppat. 1001200.

121. Pak, A.J.; Grime, J.M.A.; Sengupta, P.; Chen, A.K.; Durumeric, A.E.P.; Srivastava, A.; Yeager, M.; Briggs, J.A.G.; Lippincott-Schwartz, J.; Voth,

G.A. Immature HIV-1 Lattice Assembly Dynamics Are Regulated by Scaffolding from Nucleic Acid and the Plasma Membrane. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2017, 114, doi:10.1073/pnas. 1706600114.

122. Kerviel, A.; Thomas, A.; Chaloin, L.; Favard, C.; Muriaux, D. Virus Assembly and Plasma Membrane Domains: Which Came First? Virus Research 2013, 171, 332-340, doi:10.1016/j.virusres.2012.08.014.

123. Cevc, G. Membrane Electrostatics. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) -Reviews on Biomembranes 1990, 1031, 311-382, doi:10.1016/0304-4157(90)90015-5.

124. Gouy, M. Sur La Constitution de La Charge Électrique à La Surface d'un Électrolyte. J. Phys. Theor. Appl. 1910, 9, 457-468, doi:10.1051/jphystap:019100090045700.

125. Chapman, D.L. LI. A Contribution to the Theory of Electrocapillarity. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 1913, 25, 475-481, doi:10.1080/14786440408634187.

126. Grahame, D.C. The Electrical Double Layer and the Theory of Electrocapillarity. Chem. Rev. 1947, 41, 441-501, doi:10.1021/cr60130a002.

127. Ермаков, Ю.А. Равновесие Ионов Вблизи Липидных Мембран -Эмпирический Анализ Простейшей Модели. Коллоидный журнал 2000, 6, 437-449.

128. Eisenberg, M.; Gresalfi, T.; Riccio, T.; McLaughlin, S. Adsorption of Monovalent Cations to Bilayer Membranes Containing Negative Phospholipids. Biochemistry 1979, 18, 5213-5223, doi:10.1021/bi00590a028.

129. McLaughlin, S. The Electrostatic Properties of Membranes. Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 1989, 18, 113-136, doi:10.1146/annurev.bb.18.060189.000553.

130. McLaughlin, S.; Mulrine, N.; Gresalfi, T.; Vaio, G.; McLaughlin, A. Adsorption of Divalent Cations to Bilayer Membranes Containing Phosphatidylserine. The Journal of general physiology 1981, 77, 445-473, doi:10.1085/jgp.77.4.445.

131. Knyazev, D.G.; Radyukhin, V.A.; Sokolov, V.S. Intermolecular Interactions of Influenza Ml Proteins on the Model Lipid Membrane Surface: A Study Using the Inner Field Compensation Method. Biochem. Moscow Suppl. Ser. A 2009, 3, 81-89, doi:10.1134/S1990747809010115.

132. Соколов, В.С.; Соколенко, Е.А.; Филинский, Д.В.; Ермаков, Ю.А.; Лопина, О. Д.; Апель, Х.-Ю. Электрические Потенциалы, Возникающие При Адсорбции Фрагментов Мембран с ^Д^ТР-Азой На Липидных Бислоях. Биологические мембраны 2007, 24, 333-347.

133. Ermakov, Yu.A. First Steps in Detection and Interpretation of the Lipid Membrane Boundary Potential. Biochem. Moscow Suppl. Ser. A 2022, 16, 261-267, doi:10.1134/S1990747822050051.

134. Hunter, R.J. Zeta Potential in Colloid Science: Principles and Applications; Colloid science; Academic Press: London; New York, 1981; ISBN 978-0-12361960-0.

135. Babakov, A.V.; Ermishkin, L.N.; Liberman, E.A. Influence of Electric Field on the Capacity of Phospholipid Membranes. Nature 1966, 210, 953-955, doi:10.1038/210953b0.

136. Sokolov, V.S.; Kuz'min, V.G. [Measurement of differences in the surface potentials of bilayer membranes according to the second harmonic of a capacitance current]. Biofizika 1980, 25, 170-172.

137. Ermakov, Y.A.; Sokolov, V.S. Boundary Potentials of Bilayer Lipid Membranes: Methods and Interpretations. In Planar Lipid Bilayers (BLMs) and their applications; Elsevier: Amsterdam; Boston, 2003; pp. 109-141.

138. Jimenez-Munguia, I.; Volynsky, P.E.; Batishchev, O.V.; Akimov, S.A.; Korshunova, G.A.; Smirnova, E.A.; Knorre, D.A.; Sokolov, S.S.; Severin, F.F. Effects of Sterols on the Interaction of SDS, Benzalkonium Chloride, and A Novel Compound, Kor105, with Membranes. Biomolecules 2019, 9, 627, doi:10.3390/biom9100627.

139. Batishchev, O.V.; Shilova, L.A.; Kachala, M.V.; Tashkin, V.Y.; Sokolov, V.S.; Fedorova, N.V.; Baratova, L.A.; Knyazev, D.G.; Zimmerberg, J.;

Chizmadzhev, Y.A. pH-Dependent Formation and Disintegration of the Influenza A Virus Protein Scaffold To Provide Tension for Membrane Fusion J Virol 2016, 90, 575-585, doi:10.1128/JVI.01539-15.

140. Hancock, R.E.W.; Rozek, A. Role of Membranes in the Activities of Antimicrobial Cationic Peptides. FEMSMicrobiology Letters 2002, 206, 143149, doi:10.1111/j. 1574-6968.2002.tb11000.x.

141. Christensen, B.; Fink, J.; Merrifield, R.B.; Mauzerall, D. Channel-Forming Properties of Cecropins and Related Model Compounds Incorporated into Planar Lipid Membranes. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1988, 85, 5072-5076, doi:10.1073/pnas.85.14.5072.

142. Kagan, B.L.; Selsted, M.E.; Ganz, T.; Lehrer, R.I. Antimicrobial Defensin Peptides Form Voltage-Dependent Ion-Permeable Channels in Planar Lipid Bilayer Membranes. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1990, 87, 210-214, doi:10.1073/pnas.87.1.210.

143. Hamill, O.P.; Marty, A.; Neher, E.; Sakmann, B.; Sigworth, F.J. Improved Patch-Clamp Techniques for High-Resolution Current Recording from Cells and Cell-Free Membrane Patches. Pflugers Arch - Eur J Physiol 1981, 391, 85-100, doi:10.1007/BF00656997.

144. Hill, C.L. ; Stephens, G.J. An Introduction to Patch Clamp Recording. Methods in Molecular Biology 2021, 2188, 1-19, doi:10.1007/978-1-0716-0818-0_1.

145. Makhoul-Mansour, M.M.; El-Beyrouthy, J.B.; Mumme, H.L.; Freeman, E.C. Photopolymerized Microdomains in Both Lipid Leaflets Establish Diffusive Transport Pathways across Biomimetic Membranes. Soft Matter 2019, 15, 8718-8727, doi:10.1039/C9SM01658A.

146. Velasco-Olmo, A.; Ormaetxea Gisasola, J.; Martinez Galvez, J.M.; Vera Lillo, J.; Shnyrova, A.V. Combining Patch-Clamping and Fluorescence Microscopy for Quantitative Reconstitution of Cellular Membrane Processes with Giant Suspended Bilayers. Sci Rep 2019, 9, 7255, doi:10.1038/s41598-019-43561-4.

147. Bashkirov, P.V.; Kuzmin, P.I.; Chekashkina, K.; Arrasate, P.; Vera Lillo, J.; Shnyrova, A.V.; Frolov, V.A. Reconstitution and Real-Time Quantification of

Membrane Remodeling by Single Proteins and Protein Complexes. Nature Protocols 2020, 15, 2443-2469, doi:10.1038/s41596-020-0337-1.

148. Bashkirov, P.V.; Kuzmin, P.I.; Vera Lillo, J.; Frolov, V.A. Molecular Shape Solution for Mesoscopic Remodeling of Cellular Membranes. Annu. Rev. Biophys. 2022, 51, 473-497, doi:10.1146/annurev-biophys-011422-100054.

149. Helfrich, W. Elasticity and Thermal Undulations of Fluid Films of Amphiphiles. In Liquids at Interfaces; Les Houches, France, 1990; pp. 212237.

150. Marsh, D. Elastic Curvature Constants of Lipid Monolayers and Bilayers. Chemistry and Physics of Lipids 2006, 144, 146-159, doi:10.1016/j.chemphyslip.2006.08.004.

151. Bashkirov, P.V.; Akimov, S.A.; Evseev, A.I.; Schmid, S.L.; Zimmerberg, J.; Frolov, V.A. GTPase Cycle ofDynamin Is Coupled to Membrane Squeeze and Release, Leading to Spontaneous Fission. Cell 2008, 135, 1276-1286, doi:10.1016/j.cell.2008.11.028.

152. Shnyrova, A.V.; Bashkirov, P.V.; Akimov, S.A.; Pucadyil, T.J.; Zimmerberg, J.; Schmid, S.L.; Frolov, V.A. Geometric Catalysis of Membrane Fission Driven by Flexible Dynamin Rings. Science 2013, 339, 1433-1436, doi:10.1126/science.1233920.

153. Frolov, V.A.; Lizunov, V.A.; Dunina-barkovskaya, A.Y.; Samsonov, A.V.; Zimmerberg, J. Shape Bistability of a Membrane Neck: A Toggle Switch to Control Vesicle Content Release. 2003.

154. Harmandaris, V.A.; Deserno, M. A Novel Method for Measuring the Bending Rigidity of Model Lipid Membranes by Simulating Tethers. The Journal of Chemical Physics 2006, 125, 204905, doi:10.1063/1.2372761.

155. Schmid, S.L.; Frolov, V.A. Dynamin: Functional Design of a Membrane Fission Catalyst. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2011, 27, 79-105, doi:10.1146/annurev-cellbio-100109-104016.

156. Mattila, J.-P.; Shnyrova, A.V.; Sundborger, A.C.; Hortelano, E.R.; Fuhrmans, M.; Neumann, S.; Müller, M.; Hinshaw, J.E.; Schmid, S.L.; Frolov, V.A. A

Hemi-Fission Intermediate Links Two Mechanistically Distinct Stages of Membrane Fission. Nature 2015, 524, 109-113, doi:10.1038/nature14509.

157. Capraro, B.R.; Yoon, Y.; Cho, W.; Baumgart, T. Curvature Sensing by the Epsin N-Terminal Homology Domain Measured on Cylindrical Lipid Membrane Tethers. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1200-1201, doi:10.1021/ja907936c.

158. Datta, S.A.K.; Rein, A. Preparation of Recombinant HIV-1 Gag Protein and Assembly of Virus-like Particles in Vitro. Methods Mol Biol 2009, 485, 197208, doi:10.1007/978-1-59745-170-3_14.

159. Candiano, G.; Bruschi, M.; Musante, L.; Santucci, L.; Ghiggeri, G.M.; Carnemolla, B.; Orecchia, P.; Zardi, L.; Righetti, P.G. Blue Silver: A Very Sensitive Colloidal Coomassie G-250 Staining for Proteome Analysis. Electrophoresis 2004, 25, 1327-1333, doi:10.1002/elps.200305844.

160. Mueller, P.; Rudin, D.O.; Tien, H.T.; Wescott, W.C. Methods for the Formation of Single Bimolecular Lipid Membranes in Aqueous Solution. J. Phys. Chem. 1963, 67, 534-535, doi:10.1021/j100796a529.

161. Benz, R.; Fröhlich, O.; Läuger, P.; Montai, M. Electrical Capacity of Black Lipid Films and of Lipid Bilayers Made from Monolayers. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes 1975, 394, 323-334, doi:10.1016/0005-2736(75)90287-4.

162. Chanturiya, A.N. A Comparative Study of Planar Lipid Membranes Formed by Montal - Mueller and Mueller - Rudin Techniques. Biologicheskie Membrany 1996, 13, 216-221.

163. Jesorka, A.; Orwar, O. Liposomes: Technologies and Analytical Applications. Annual Rev. Anal. Chem. 2008, 1, 801-832, doi:10.1146/annurev. anchem. 1. 031207.112747.

164. Bashkirov, P.V. Membrane Nanotubes in the Electric Field as a Model for Measurement of Mechanical Parameters of the Lipid Bilayer. Biochem. Moscow Suppl. Ser. A 2007, 1, 176-184, doi:10.1134/S1990747807020110.

165. Batishchev, O.V.; Indenbom, A.V. Alkylated Glass Partition Allows Formation of Solvent-Free Lipid Bilayer by Montal-Mueller Technique. Bioelectrochemistry 2008, 74, 22-25, doi:10.1016/j.bioelechem.2008.02.002.

166. Ono, A. HIV-1 Assembly at the Plasma Membrane. Vaccine 2010, 28, B55-B59, doi:10.1016/j.vaccine.2009.10.021.

167. Denieva, Z.G.; Makrinsky, K.I.; Ermakov, Yu.A.; Batishchev, O.V. Adsorption of the Human Immunodeficiency Virus Gag Polyprotein onto Lipid Membranes: A Study Using the Inner Field Compensation Method. Russian Journal of Electrochemistry 2024, 60, 411-420, doi:10.1134/S1023193524700101.

168. Bieniasz, P.D. The Cell Biology of HIV-1 Virion Genesis. Cell Host Microbe 2009, 5, 550-558, doi:10.1016/j.chom.2009.05.015.

169. Chukkapalli, V. ; Inlora, J. ; Todd, G.C.; Ono, A. Evidence in Support of RNA-Mediated Inhibition of Phosphatidylserine-Dependent HIV-1 Gag Membrane Binding in Cells. J Virol 2013, 87, 7155-7159, doi:10.1128/JVI.00075-13.

170. Waheed, A.A.; Freed, E.O. Lipids and Membrane Microdomains in HIV-1 Replication. Virus Research 2009, 143, 162-176, doi:10.1016/j.virusres.2009.04.007.

171. Dick, R.A.; Barros, M.; Jin, D.; Lösche, M.; Vogt, V.M. Membrane Binding of the Rous Sarcoma Virus Gag Protein Is Cooperative and Dependent on the Spacer Peptide Assembly Domain. J Virol 2016, 90, 2473-2485, doi:10.1128/JVI.02733-15.

172. Carlson, J.M.; Brumme, Z.L.; Rousseau, C.M.; Brumme, C.J.; Matthews, P.; Kadie, C.; Mullins, J.I.; Walker, B.D.; Harrigan, P.R.; Goulder, P.J.R.; et al. Phylogenetic Dependency Networks: Inferring Patterns of CTL Escape and Codon Covariation in HIV-1 Gag. PLoS Comput Biol 2008, 4, e1000225, doi:10.1371/journal.pcbi. 1000225.

173. Campbell, S.; Rein, A. In Vitro Assembly Properties of Human Immunodeficiency Virus Type 1 Gag Protein Lacking the P6 Domain. Journal of Virology 1999, 73, 2270-2279, doi:10.1128/jvi. 73.3.2270-2279.1999.

174. Pak, A.J.; Grime, J.M.A.; Sengupta, P.; Chen, A.K.; Durumeric, A.E.P.; Srivastava, A.; Yeager, M.; Briggs, J.A.G.; Lippincott-Schwartz, J.; Voth, G.A. Immature HIV-1 Lattice Assembly Dynamics Are Regulated by Scaffolding from Nucleic Acid and the Plasma Membrane. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2017, 114, E10056-E10065, doi:10.1073/pnas. 1706600114.

175. Denieva, Z.G.; Kuzmin, P.I.; Galimzyanov, T.R.; Datta, S.A.K.; Rein, A.; Batishchev, O.V. Human Immunodeficiency Virus Type 1 Gag Polyprotein Modulates Membrane Physical Properties like a Surfactant: Potential Implications for Virus Assembly. ACS Infect. Dis. 2024, 10, 2870-2885, doi:10.1021/acsinfecdis.4c00251.

176. Wen, Y.; Feigenson, G.W.; Vogt, V.M.; Dick, R.A. Mechanisms of PI(4,5)P2 Enrichment in HIV-1 Viral Membranes. Journal of Molecular Biology 2020, 432, 5343-5364, doi:10.1016/j.jmb.2020.07.018.

177. Inamdar, K.; Tsai, F.-C.; Dibsy, R.; De Poret, A.; Manzi, J.; Merida, P.; Muller, R.; Lappalainen, P.; Roingeard, P.; Mak, J.; et al. Full Assembly of HIV-1 Particles Requires Assistance of the Membrane Curvature Factor IRSp53. eLife 2021, 10, e67321, doi:10.7554/eLife.67321.

178. Freed, E.O. HIV-1 Assembly, Release and Maturation. Nature Reviews Microbiology 2015, 13, 484-496, doi:10.1038/nrmicro3490.

179. Yokouchi, Y.; Tsunoda, T.; Imura, T. Effect of Adsorption of Bovine Serum Albumin on Liposomal Membrane Characteristics. 2001, 20, 95-103.

180. Reuter, M.; Schwieger, C.; Meister, A.; Karlsson, G.; Reuter, M.; Schwieger, C.; Meister, A.; Karlsson, G.; Poly-l-, A.B.; Blume, A. Poly-L-Lysines and Poly-L-Arginines Induce Leakage of Negatively Charged Phospholipid Vesicles and Translocate through the Lipid Bilayer upon Electrostatic Binding to the Membrane To Cite This Version: HAL Id : Hal-00562955. Biophysical Chemistry 2011, doi:10.1016/j.bpc.2009.06.002.

181. Marukovich, N.; McMurray, M.; Finogenova, O.; Nesterenko, A.; Batishchev, O.; Ermakov, Y. Interaction of Polylysines with the Surface of Lipid

Membranes. In Advances in Planar Lipid Bilayers and Liposomes; Elsevier, 2013; Vol. 17, pp. 139-166 ISBN 978-0-12-411516-3.

182. Loshkareva, A.S.; Popova, M.M.; Shilova, L.A.; Fedorova, N.V.; Timofeeva, T.A.; Galimzyanov, T.R.; Kuzmin, P.I.; Knyazev, D.G.; Batishchev, O.V. Influenza A Virus M1 Protein Non-Specifically Deforms Charged Lipid Membranes and Specifically Interacts with the Raft Boundary. Membranes 2023, 13, 76, doi:10.3390/membranes13010076.

183. Qu, K.; Ke, Z.; Zila, V.; Anders-Össwein, M.; Glass, B.; Mücksch, F.; Müller, R.; Schultz, C.; Müller, B.; Kräusslich, H.-G.; et al. Maturation of the Matrix and Viral Membrane of HIV-1. Science 2021, 373, 700-704, doi:10.1126/science.abe6821.

184. Gres, A.T.; Kirby, K.A.; McFadden, W.M.; Du, H.; Liu, D.; Xu, C.; Bryer, A.J.; Perilla, J.R.; Shi, J.; Aiken, C.; et al. Multidisciplinary Studies with Mutated HIV-1 Capsid Proteins Reveal Structural Mechanisms of Lattice Stabilization. Nat Commun 2023, 14, 5614, doi:10.1038/s41467-023-41197-7.

185. Schur, F.K.M.; Obr, M.; Hagen, W.J.H.; Wan, W.; Jakobi, A.J.; Kirkpatrick, J.M.; Sachse, C.; Kräusslich, H.-G.; Briggs, J.A.G. An Atomic Model of HIV-1 Capsid-SP1 Reveals Structures Regulating Assembly and Maturation. Science 2016, 353, 506-508, doi:10.1126/science.aaf9620.

186. Guha, S.; Ghimire, J.; Wu, E.; Wimley, W.C. Mechanistic Landscape of Membrane-Permeabilizing Peptides. Chemical Reviews 2019, 119, 60406085, doi:10.1021/acs.chemrev.8b00520.

187. Saigo, N.; Izumi, K.; Kawano, R. Electrophysiological Analysis of Antimicrobial Peptides in Diverse Species. ACS Omega 2019, 4, 1312413130, doi:10.1021/acsomega.9b01033.

188. Kurczy, M.E.; Mellander, L.J.; Najafinobar, N.; Cans, A.S. Composition Based Strategies for Controlling Radii in Lipid Nanotubes. PLoS ONE 2014, 9, doi:10.1371/journal.pone.0081293.

189. Gheysen, D.; Jacobs, E.; de Foresta, F.; Thiriart, C.; Francotte, M.; Thines, D.; De Wilde, M. Assembly and Release of HIV-1 Precursor Pr55gag Virus-like

Particles from Recombinant Baculovirus-Infected Insect Cells. Cell 1989, 59, 103-112, doi:10.1016/0092-8674(89)90873-8.

190. Kozlov, M.M.; Chernomordik, L.V. Membrane Tension and Membrane Fusion. Current Opinion in Structural Biology 2015, 33, 61-67, doi:10.1016/j.sbi.2015.07.010.

191. Schweitzer, Y.; Lieber, A.D.; Keren, K.; Kozlov, M.M. Theoretical Analysis of Membrane Tension in Moving Cells. Biophysical Journal 2014, 106, 8492, doi:10.1016/j.bpj.2013.11.009.

192. Hendrix, J.; Baumgärtel, V.; Schrimpf, W.; Ivanchenko, S.; Digman, M.A.; Gratton, E.; Kräusslich, H.-G.; Müller, B.; Lamb, D.C. Live-Cell Observation of Cytosolic HIV-1 Assembly Onset Reveals RNA-Interacting Gag Oligomers. Journal of Cell Biology 2015, 210, 629-646, doi:10.1083/jcb.201504006.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю диссертации Батищеву Олегу Вячеславовичу за постановку научной темы, продуктивное обсуждение процесса и результатов исследования, наставничество и личную поддержку.

Автор благодарит своих коллег по лаборатории за обсуждение результатов экспериментов и поддержку во время работы над диссертационной работой. Особая благодарность Кузьмину Петру Ивановичу за помощь в разработке теоретического описания результатов исследования методом липидных нанотрубок, Соколову Валерию Сергеевичу за помощь в интерпретации результатов исследований методом КВП, Ермакову Юрию Александровичу и Макринскому Кириллу Игоревичу за помощь в проведении электрокинетических измерений дзета-потенциала в суспензии липосом.

Автор выражает благодарность коллегам из Национальных институтов здоровья США за предоставленный для работы полипротеин Gag ВИЧ и обсуждение результатов экспериментов.

Автор благодарит членов семьи и родных за личную поддержку на всех этапах работы над диссертацией.