Особенности структуры капсида свиного цирковируса типа 2 и его стабильность в физиологическом растворе по данным полноатомного молекулярно-динамического моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат наук Тарасова Эльвира Андреевна

• Тарасова Эльвира Андреевна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Тарасова Эльвира Андреевна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Общие сведения о вирусах. Характеристика

свиного цирковируса типа 2 (РСУ2)

1.2. Методы изучения вирусов

1.2.1. Экспериментальные методы определения

структуры вирусов

1.2.2. Компьютерные методы

1.3. Полноатомные модели и физико-химические задачи,

в которых они используются

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Детали моделирования методом МД

2.2. Распределение заряженных частиц в системе

2.3. Процесс уравновешивания систем

2.4. Анализ результатов моделирования МД

ГлаваЗ. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1. Модель целого капсида в растворе,

имитирующем биологическую среду

3.2. Стабильность модели вирусного капсида

3.3. Водородные связи

3.4. Зависимость стабильности капсида

от ионов электролита

3.5. Механизм разрушения пустого вирусного капсида

3.6. Моделирование отдельных блоков

3.7. Транспортные характеристика капсида

3.7.1. Исследование транспорта воды и ионов

через стенку капсида

3.7.2. Определение размера

пор капсида

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итоги выполненного исследования

Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности структуры капсида свиного цирковируса типа 2 и его стабильность в физиологическом растворе по данным полноатомного молекулярно-динамического моделирования»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Изучение свойств и поведения сложных биомолекулярных систем, в том числе, в водной среде - одна из актуальных проблем современной физической химии. Среди таких объектов, представляющих огромный интерес, различные вирусы и их составляющие компоненты. Как известно, вирусы оказывают серьезное влияние на все живые организмы - от бактерий до человека. Однако механизмы, с помощью которых вирусы проникают в определенные клетки, размножаются, поражают организмы и мутируют, до сих пор окончательно не изучены.

Основными компонентами вируса являются нуклеиновая кислота (РНК или ДНК) и нескольких кодируемых ею белков, формирующих оболочку вокруг нуклеиновой кислоты - капсид. Последний, прежде всего, защищает геном (РНК или ДНК) от механических, физических, химических повреждений, которые могут вызываться внешними факторами (радиацией, скачками температуры, изменением рН среды и др. [1]). Другая функция капсида заключается в доставке генома вируса в клетку на начальной стадии ее заражения. Наличие устойчивости (стабильности) капсида на этапе его проникновения в клетку - необходимое условие обеспечения доставки и высвобождения генетического материала из капсида в клетке-хозяине для ее инфицирования. Многие вирусные капсиды проявляют устойчивость к значительным изменениям рН и температурам [2-5], высокому давлению [67] , влиянию различных ферментов и др.[ 1,8-11]. Однако до сих пор неизвестно, какие факторы и при каких условиях способны обеспечить устойчивость (стабильность) капсида. Их установление позволит приблизиться к реализации возможности управления этим этапом жизненного цикла вирусов, и таким образом, перейти к разработке лекарственных препаратов, которые обладали бы противовирусным действием на ранних этапах развития инфекций. Отметим, что уже сейчас капсиды находят практическое приложение: они используются в разработках

по созданию вакцин (напр., вакцинация гепатита В основывается на инъекциях пустых капсидов гепатита В [12] [5, 13-14], а также рассматриваются в качестве контейнеров для доставки лекарственных препаратов в определенные клетки [4-5,11] и в противораковой терапии, где применение вирусов рассматривается для запуска механизмов уничтожения раковых клеток [15].

Вирусный капсид, в который заключен геном, построен из одинаковых субъединиц - капсомеров, представляющих собой группы повторяющихся белковых молекул, связанных нековалентными связями. Формирование упорядоченной структуры капсида из капсомеров осуществляется путем самосборки. Самосборка капсида - открытый вопрос, поскольку на сегодняшний день неизвестен не только ее механизм, но даже не определена структура белковых субъединиц капсида в клеточной среде. Решение этой проблемы важно еще и потому, что этапы жизненного цикла вируса (адсорбция вируса на поверхности клетки-хозяина, его проникновение в клетку, раскрытие капсида с высвобождением генома, сборка новых вирусных капсидов из новых белковых субъединиц, выход вируса из клетки) связаны, в том числе, со структурой капсида и ее изменениями при попадании вируса в клеточную среду [1, 16-18].

Существует два основных экспериментальных метода по определению структуры вирусов - рентгеноструктурный анализ и криоэлектронная микроскопия. Они позволяют установить структуры вирусов с атомарным разрешением, с определением координат каждого атома системы. Однако определение этими методами структур происходит при низких температурах и в высококонцентрированных солевых растворах - в условиях, не соответствующих биологической (клеточной) среде, в том числе, ее рН. Альтернативой этим методам выступает полноатомное МД-моделирование (fully atomistic MD) - метод молекулярной динамики (МД) с учетом всех атомов системы, который для определения структуры капсида впервые был использован только в 2006 г.

Цель исследования: Определение методом полноатомного МД-моделирования структуры капсида свиного цирковируса типа 2 с отсутствием генома внутри и условий ее стабильности в водном растворе 0.15М №0, имитирующем биологическую среду.

Выбор объекта исследования обусловлен тем, что свиной цирковирус типа 2 - самый простой и маленький вирус, а структура его капсида определена экспериментально с атомарным разрешением, что позволяет провести сравнение с расчетными данными. Расчеты были выполнены в растворе при рН~7, для которого экспериментально было показано наличие стабильности пустого капсида свиного цирковируса типа 2 [19-20].

В соответствии с целью основными задачами исследования являлись:

1) разработка молекулярной модели вирусного капсида на основе данных рентгеноструктурного анализа с применением методов гомологического моделирования для восстановления неопределяемых экспериментом белковых участков;

2) установление структурных различий между структурой капсида вируса, полученной экспериментально в нефизиологических условиях, и модельной структурой капсида вируса в условиях, имитирующих клеточную среду;

3) исследование влияния гибких ^концевых доменов на стабильность структуры вирусного капсида;

4) проверка стабильности структуры вирусного капсида в различных силовых полях;

5) установление причин стабильности структуры вирусного капсида с отсутствующим геномом;

6) Определение структурных характеристик вирусного капсида: диаметра пор, распределения зарядов на поверхностях капсида, вносимых ионами солевого раствора, особенностей водородного связывания между белковыми субъединицами капсида;

7) Исследование возможности транспорта воды и неорганических ионов

через стенку капсида; 8) моделирование отдельных комплексов белковых субъединиц с целью определения взаимосвязи стабильности структуры капсида - структурные изменения белковой субъединицы. Научная новизна исследования

1) Построена первая полноатомная модель капсида свиного цирковируса типа 2 на основе данных метода молекулярной динамики;

2) Впервые обнаружен стабилизирующий характер влияния ^концов белковых субъединиц на структуру вирусного капсида, проявляющийся в дополнительных взаимодействиях ^концов белковых субъединиц друг с другом и с внутренней поверхностью соседних субъединиц;

3) Впервые установлено, что ионы физиологического раствора необходимы для поддержания стабильности капсида свиного цирковируса типа 2 в отсутствии генетического материала внутри;

4) Впервые показано, что стенка капсида свиного цирковируса типа 2 функционирует как полупроницаемая мембрана;

5) Впервые обнаружено, что изменения в пространственной структуре белка, в его последовательности аминокислот с 33 по 40 аминокислоту способствует разрушению его взаимодействий с соседними белками

Теоретическая и практическая значимость работы

Полученные данные расширяют научные представления об особенностях структуры и стабильности вирусов, необходимых для понимания сложных процессов, протекающих с их участием, и вносят вклад в развитие физической химии биологически активных соединений.

Созданная полноатомная компьютерная модель пустого вирусного капсида свиного цирковируса типа 2 позволяет определить его структуру в растворе, имитирующем биологическую среду, что на сегодняшний день

невозможно сделать экспериментально, и объяснить причины ее стабильности.

На основе полученных данных показано, что при моделировании вирусных капсидов необходимо учитывать поверхностный заряд капсида для корректной подготовки системы для моделирования.

Полученные данные могут быть использованы в разработке лекарственных препаратов противовирусного действия и вакцин с применением капсидов, а также при создании на основе капсидов «наноконтейнеров», предназначенных для доставки молекул лекарственных препаратов в клетки-мишени.

Методология и методы исследования

Методологической основой исследования являются компьютерный эксперимент, системный подход, анализ, сравнение, обобщение.

Основным методом в работе являлся метод полноатомного молекулярно-динамического моделирования с учетом всех атомов растворителя. Моделирование уникальных по размеру систем (3-5 миллионов атомов) проводилось с использованием самых мощных компьютеров в мире (K-компьютер, MDGRAPE4 в научно-исследовательском институте RIKEN, Япония). Типичное машинное время моделирования составляло 3 месяца для одной системы. Дополнительно в работе использовались методы гомологического моделирования (MODELLER), графические методы визуализации структуры и динамики белков (VMD, MOE, CHIMERA).

Положения, выносимые на защиту

1) Полноатомная модель капсида свиного цирковируса типа 2 в водно -солевом растворе, имитирующем биологическую среду, включая структурные характеристики;

2) Гипотеза о причине стабильности капсида свиного цирковируса типа 2 в отсутствии генома внутри, которая заключается в распределении ионов, вносимых из биологического раствора, по

внутренней поверхности капсида, что и приводит к его стабильности;

3) Дополнительные факторы, влияющие на стабильность пустого капсида свиного цирковируса типа 2 в водном растворе NaCl: N-концевые домены, водородные связи между субъединицами, распределение ионов по поверхности капсида, изменения в пространственной структуре белка, в его последовательности аминокислот с 33 по 40;

4) Гипотеза о функционировании стенок капсида как полупроницаемой мембраны, основывающаяся на структурных особенностях капсида, установленных в рамках данной модели;

Достоверность полученных результатов и выводов

Достоверность результатов и выводов обеспечена непротиворечивостью полученных данных фундаментальным научным представлениям в области физической химии биологически активных соединений, согласованием структуры модельного капсида с экспериментальными данными (электронной микроскопией) и литературными данными по молекулярно-динамическому моделированию устойчивости капсидов других вирусов. Достоверность результатов подтверждается также публикациями в рецензируемых журналах с высоким импакт- фактором.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Работа выполнена в рамках тематик научных исследований Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Балтийский федеральный университет им. И. Канта». Работа поддержана грантами Королевского Химического Общества Великобритании (Royal Society of Chemistry, Researcher Mobility Fellowship № 550074, 2014), Фонда Сасакава Великобритании (The Great Britain Sasakawa Foundation, грант № 4679, 2015), грантом в рамках проекта повышения конкурентоспособности ведущих российских университетов среди ведущих

мировых научно-образовательных центров «5-100» Балтийского Федерального Университета им. И. Канта (№958стс, 2016).

Апробация работы. Основные результаты и выводы работы представлялись на международных конференциях M5's Advanced Manufacturing Conference (Великобритания, 2015); Hybrid Simulation Methods in Fluid Dynamics: Models, Software and Applications (Германия, 2015), CECAM-HQ-EPFL «Virus as a whole: meso- and macroscopic structure and dynamics at all atom resolution» (Лозанна, Швейцария, 2015); на международной конференции «Engineering bacteriophages for treating antimicrobial resistance using computational models» (Бирмингем, Великобритания, 2016); Recent Progresses on the Experimental & Theoretical Computational Techniques for the study of liquids and supercritical fluids from simple to complex systems (Греция, 2016).

Личный вклад автора заключается в анализе литературных данных, разработке модели, моделировании всех систем, указанных в работе, обработке полученных данных. Интерпретация результатов исследования и написание статей выполнены при участии соавторов публикаций и научного руководителя.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе, 3 статьи в зарубежных научных журналах из Перечня журналов и изданий, рекомендованных ВАК Российской Федерации, а также тезисы 5 докладов на международных конференциях.

Структура диссертации. Диссертационная работа представлена на 129 страницах, содержит 3 таблицы, 60 рисунков и состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, заключения, списка литературы из 146 источников и приложения.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Общие сведения о вирусах. Характеристика свиного

цирковируса типа 2 (РСУ2).

По химической составу вирусы с простой организацией состоят из нуклеиновой кислоты, РНК или ДНК (геном) и белков, которые кодируются этим геномом и формируют вирусный капсид, в который и помещена нуклеиновая кислота.

Вирусы со сложной организацией имеют более сложный химический состав - кроме протеинов и нуклеиновой кислоты они содержат липиды и углеводы (гликопротеиды), которые входят в состав дополнительной внешней оболочки. «Обычно липиды и углеводы имеют клеточное происхождение». [21]. В сложных вирусах кроме структурных белков в дополнительной липопротеидной оболочке есть еще внутримембранные белки. Как и клеточные мембранные белки они гликозилированы. Эти гликопротеиды несут важную функцию - они взаимодействуют со специфическими рецепторами клеточной мембраны. [21].

Простая вирусная частица представляет собой белковый капсид, в который помещен вирусный геном. Более сложные вирусы содержат дополнительно липидную оболочку. Белковые блоки, из которых строится вирусный капсид, называются капсомерами. Эти капсомеры состоят из одной (белковая субъединица) или нескольких молекул белка. Также встречаются случаи образования пустых капсидов, которые не содержат геном [21].

Вирусные капсиды обладают четким пространственным строением, определенным минимумумом свободной энергии [21 ] и при этом минимальным размером, чтобы упаковать генетический материал.

Основные этапы жизненного цикла вирусов: адсорбция вирусной частицы на поверхности клетки с последующим проникновением внутрь и высвобождение генома из его защитных оболочек. Внутри клетки

происходит транскрипция, трансляция, репликация генома, сборка вирусной частицы и выход новой вирусной частицы из клетки [21].

Самосборка капсида из белковых субъединиц происходит либо самопроизвольно, либо при взаимодействии с геномом. [21].

Диапозон размеров вирусных капсидов равен 20 - 400 нм [22-23]. Вместе с тем, существуют вирусы-сателлиты, чей диаметр меньше этого значения, однако такие вирусы не способны к самостоятельному размножению и требуют присутствия основного вируса. К этим вирусам относятся: сателлит вируса некроза табака и сателлит вируса табачной мозаики [ 24].

Из числа самостоятельных вирусов самым маленьким и простым известным вирусом является свиной цирковирус типа 2 (PCV2). Этот вирус вызывает «синдром мультисистемного истощения после отъема» (postweaning multisystemic wasting syndrome — PMWS) [25-26].

PCV2 состоит из циклической одноцепочечной ДНК, заключенной в белковый капсид, дополнительная липидная оболочка отсутствует. Длина цепи его ДНК - примерно 1767 нуклеотидов [27], Капсид имеет диаметр примерно 15-20 нм [28] и построен из 60 копий одного белка, расположенных в соответствии с икосаэдрической симметрией. Каждый такой белок-капсомер состоит из 223 аминокислот [29].

PCV2 может собираться в пустые стабильные капсиды, не содержащие геном внутри. Это было обнаружено экспериментально (рисунок 1) [20, 30]. На рисунке изображены вирусные капсиды, выделенные экспериментально и обнаруженные при помощи электронного микроскопа (negative staining electron microscopy). Диаметр таких частиц примерно 17 нм, а по морфологическим признакам эти частицы схожи с реальным вирусом PCV2. Темные пятна в середине этих частиц свидетельствуют о том, что они пустые.

Рисунок 1.1 Электронные микрофотографии рекомбинантных вирусных капсидов, не содержащих геном (А) и одного увеличенного капсида (В). Шкала 100 нм. Рисунок взят из статьи [30].

В 2011 году была впервые определена трехмерная структура пустого капсида свиного цирковируса типа 2 с атомарным разрешением методом рентгеноструктурного анализа [19].

Адсорбция вируса на поверхности клетки осуществляется за счет взаимодействия белков на вирусной оболочке с рецепторами на клетке, таким образом, этот процесс обладает высокой специфичностью, поскольку каждому вирусу необходимо распознать и взаимодействовать с определенными рецепторами на клетке для заражения [21]. В случае PCV2 положительно заряженные участки на поверхности вируса взаимодействуют с гликозаминогликанами (GAG) (например, гепарансульфат, гепарин, хондроитинсульфат В) [28]. После проникновения в клетку PCV2 с помощью эндосом, которые представляют собой мембранные пузырьки, сформированные в процессе эндоцитоза, для передвижения к ядерной

мембране [28] через внутриклеточные барьеры [28], начинается процесс репликации вируса.

Вирусный капсид представляет особый интерес для исследования, потому, что он выполняет ряд важных функций в жизненном цикле вирусов: он защищает вирусный геном от окружающей среды (например, от действия клеточных ферментов), взаимодействует с клеточной мембраной и с клеточными компонентами с целью доставки генома в нужное место для репликации [31]. Также изучение его структуры и динамики в биологических растворах может быть использовано в целях разработки антивирусных препаратов, где одна из целей состоит в изучении влияния других молекул (потенциальных противовирусных препаратов) на нарушение этой стабильности капсидов или в изучении аллостерических эффектов, вызванных взаимодействиями различных молекул с участками на поверхности капсидов, что нарушает какой-либо этап жизненного цикла вирусов [32]. Вторая причина, объясняющая важность изучения вирусных капсидов и их стабильности в биологических растворах, заключается в использовании вирусных капсидов в качестве устойчивых контейнеров, перевозящих к определенным клеткам необходимые ферменты [15, 33-34].

1.2. Методы изучения вирусов

1.2.1. Экспериментальные методы определения структуры

вирусов

Основными методами исследования вирусных структур на сегодняшний день являются метод криоэлектронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа.

Метод рентгеноструктурного анализа является одним из дифракционных методов, основанном на явлении дифракции рентгеновских

О

лучей. Длины волн рентгеновских лучей составляют примерно 10" см, что приблизительно равно диаметру атома водорода [35]. Рештеноструктурный анализ используют для определения пространственной структуры кристаллических веществ на атомарном уровне [35], где в качестве дифракционной решетки выступают кристаллы благодаря их правильному периодичному строению, где расстояние между плоскостями, на которых расположены атомы, сопоставимы с длиной волны рентгеновских лучей и составляет 0.1 нм [36].

На сегодняшний день это самый точный метод установления трехмерной структуры вирусных капсид, который позволяет определять координаты всех атомов в системе.

Метод рентгеноструктурного анализа имеет ограничения. Этим методом можно определить трехмерную структуру веществ, способных формировать кристаллы, состоящие из одинаковых молекул, расположенных периодически [35,37]. Однако для кристаллизации необходимо приготавливать специфические растворы, что бывает трудновыполнимо и долго [31, 38-40].

Изучение важных этапов жизненного цикла вирусов зависит от установления трехмерной структуры и динамики определенных белковых фрагментов вирусов, которые ответственны за взаимодействие с другими белками - белками клетки-хозяина [41-49], вирусным геномом [50-52] и клеточной мембраной [53-55]. Однако в этом заключается трудность для экспериментальных методов исследования, поскольку в кристалле эти фрагменты, находясь в узлах кристаллической решетки, ориентированы произвольным образом. Ярким примером являются N-концевые фрагменты вирусных капсидов, которые находятся внутри вирусов, имеют неупорядоченное строение и не могут быть выделены в кристалле, но представляют интерес, так как, вероятнее всего, они взаимодействуют каким-то образом с геномом. Кроме того, измерения проводят при низких

температурах, а конечная трехмерная структура является усредненной, что вносит неточности и может искажать представления о структуре [19,56-57].

Второй метод определения трехмерной структуры биологических молекул - метод криоэлектронной микроскопии [58-59], который развивается очень интенсивно [60-62]. На сегодняшний день разрешение этого метода еще не достаточно удовлетворительное, и рентгеноструктурный метод является основным в определении структуры вирусов.

Для измерения тонкий слой образца замораживают до температуры 140К [59]. Полученные многократные двухмерные изображения молекулы [63] преобразуют в трехмерное изображение при помощи компьютерных методов. Криоэлектронная микроскопия дает лучшие результаты для больших молекул, чей размер составляет около 300kDa [63].

Поскольку исследуемые образцы мгновенно замораживаются до температур жидкого азота или гелия [28] и анализируются при низких температурах в гидратированном состоянии, в родной среде, сохраняя реальную структуру [31], исследуемые вещества не повреждаются в результате кристаллизации воды или дополнительными химическими модификациями [31]. Также не требуется долгой подготовки исследуемого образца, можно проводить измерения относительно нечистых или нестабильных образцов [28], мгновенно замороженных белков в нескольких конформациях, что даст представление о работе белков [64]. Также этот метод позволяет получить информацию о структуре неупорядоченных фрагментов, таких как С-концевые домены, чья структура и

взаимодействия друг с другом представляют интерес [61].

Этот метод имеет разрешение около 10 А, в то время как рентгеноструктурный анализ позволяет проводить измерения с разрешением 2.3 - 4.0 А [19, 56, 65-69], на сегодняшний день позволяет получить трехмерную структуру с изображением каждого индивидуального атома только в отдельных, редких случаях. Образцы могут разрушаться под

действием электронов, а изображение получается удовлетворительным в том случае, если частицы не сдвигаются более чем на 1 À [63].

Применение этих экспериментальных методов к вирусным частицам позволило определить трехмерные структуры многих классов вирусов, которые хранятся в регулярно пополняемом банке данных Protein Data Bank (PDB). Уже целые вирусные капсиды были определены с атомарным разрешением, например, [19, 56, 70-76], а последние работы, например для бактериофага MS2, уже смогли установить положение упакованной РНК внутри целого капсида с разрешением 3.6À [62].

Однако рентгеноструктурный анализ и метод криоэлектронной микроскопии дают только статичные промежуточные снимки, которых недостаточно, чтобы делать выводы о динамике процессов (слияние вирусной оболочки с клеточной мембраной, сборка вирусов, структурные изменения при взаимодействии с клеточными белками и прочее). На сегодняшний день этими методами нельзя получить структуры небольших несимметричных белков [77], таких как вирусные капсомеры, что затрудняет изучения механизмов самосборки вирусов в клетке. Методом крио-электронной микроскопии можно определить электронную плотность, а не координаты атомов, поэтому для интерпретации полученных данных и восстановлении структуры используют компьютерные методы молекулярной динамики для подгонки атомов под измеренную электронную плотность [62, 78].

1.2.2. Компьютерные методы

Современное развитие компьютерных технологий и создание суперкомпьютеров, таких как ANTON [79] и MDGRAPE-4 [ 80], совместно с развитием новых вычислительных алгоритмов [81-85] все еще не достигло уровня, позволяющего моделировать большие системы, такие как бактерии и

клетки. Их функционирование определяется совместной динамикой многих составляющих, зависящих друг от друга (белков, нуклеиновых кислот, липидов и пр.) на длительном промежутке времени. Вирусы являются удобным объектом для компьютерного моделирования, потому что они имеют относительно небольшие размеры (от 20 нм [19]) и могут рассматриваться независимо от других компонентов клетки. Более того, поскольку вирусные капсиды определенных вирусов способны существовать в растворе без генома внутри [4], то можно моделировать отдельные целые капсиды [32, 57, 83, 86-90].

Моделирование методом молекулярной динамики активно используется в изучении физико-химических свойств вирусных систем, позволяет определить структуру и динамику вирусных компонентов в условиях, имитирующих биологическую среду - при соответствующей температуре и в физиологическом растворе (0.15М NaCl) [22]. Определение структуры вирусных капсидов в таких условиях представляет высокую важность, т.к. они могут дать информацию о жизненном цикле вирусов, которую невозможно определить экспериментально.

Начальная структура моделируемой молекулы, которая представляет собой координаты каждого атома в пространстве, для биологических молекул находится в банке данных трехмерных структур, который называется Protein Data Bank (PDB) [91]. Эти структуры определены экспериментально рентгеноструктурным анализом и криоэлектронной микроскопией. В молекулярно - динамическом моделировании, стартуя с известной трехмерной структуры молекулы, можно проследить ее временную эволюцию.

В основе метода молекулярной динамики лежит решение системы классических уравнений движения Ньютона для всех атомов моделируемого объекта. Силы, действующие на каждый атом со стороны других атомов, задаются через отрицательный градиент межатомного потенциала

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Тарасова Эльвира Андреевна, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Kilcher S. DNA virus uncoating / S. Kilcher, J. Mercer // Virology - 2015. -Vol. 479-480. P. 578-590

2. Zandi R. Mechanical properties of viral capsids / R. Zandi, D. Reguera // Phys. Rev. E Stat. Nonlin. Soft Matter Phys. - 2005. - Vol. 72. P. 1-12.

3. Singh P. Viruses and their uses in nanotechnology / P. Singh, M. J. Gonzalez, M. Manchester // Drug Development Research - 2006. - Vol. 67. P. 23-41.

4. Ma Y. Virus-based nanocarriers for drug delivery / Y. Ma, R.J. Nolte, J.J. Cornelissen // Adv. Drug Deliv. Rev. - 2012. - Vol. 64. P. 811-825.

5. Fu Y. A novel delivery platform based on Bacteriophage MS2 virus-like particles / Virus Research - 2016. - Vol. 211. P. 9-16

6. Kingsley D.H. Inactivation of Hepatitis A Virus and a Calicivirus by High Hydrostatic Pressure / D. H. Kingsley, D. G. Hoover, E. F. I. Papafragkou, G. P. Richards - 2002. - Vol. 65 - № 10- P. 1605-1609.

7. Purohit P.K. Mechanics of DNA packaging in viruses. / P. K. Purohit, J. Kondev, R. Phillips // Proc. Natl. Acad. Sci. - 2003. - Vol. 100 - № 6- P. 31733178.

8. Ward R.L. Mechanism of Inactivation of Enteric Viruses in Fresh-Water / R. L. Ward, D. R. Knowlton, P. E. Winston // Appl. Environ. Microbiol. - 1986. - Vol. 52 - № 3- P. 450-459.

9. Mateu M.G. DNA-mediated anisotropic mechanical reinforcement of a virus / M. G. Mateu, P. J. De Pablo, C. Carrasco, A. Carreira, I. A. T. Schaap, P. A. Serena, J. Go - 2006. - Vol. 103 - № 37. - P. 13706-13711.

10. Johnson H.R. Solubilization and stabilization of bacteriophage MS2 in organic solvents / H.R. Johnson, J.M. Hooker, M.B. Francis, D.S. Clark // Biotechnol. Bioeng. - 2007. - Vol. 97. - P. 224-234

11. Ulmer J.B. RNA-based vaccines / J. B. Ulmer, P. W. Mason, A. Geall, C. W. Mandl // Vaccine - 2012. - Vol. 30 - № 30- P.4414-4418

12. Michel M.-L. Hepatitis B vaccines: Protective efficacy and therapeutic potential / M.-L. Michel, P. Tiollais // Pathol. Biol. - 2010. - Vol. 58 - № 4- P. 288-295

13. Roldao A. Virus-like particles in vaccine development. / A. Roldao, M. C. M. Mellado, L. R. Castilho, M. J. T. Carrondo, P. M. Alves // Expert Rev. Vaccines -2010. - Vol. 9 - № 10- P. 1149-76

14. Zhang L. Biomolecular engineering of virus-like particles aided by computational chemistry methods / L. Zhang, L. H. L. Lua, A. P. J. Middelberg, Y. Sun, N. K. Connors // Chem. Soc. Rev. - 2015. - Vol. 44 - № 23- P. 8608-8618.

15. Kaufman H.L. Oncolytic viruses: A new class of immunotherapy drugs / H. L. Kaufman, F. J. Kohlhapp, A. Zloza // Nat. Rev. Drug Discov. - 2015. - Vol. 14 -№ 9- P. 642-662.

16. Speir J.A. Structures of the native and swollen forms of cowpea chlorotic mottle virus determined by X-ray crystallography and cryo-electron microscopy / J. A. Speir, S. Munshi, G. Wang, T. S. Baker, J. E. Johnson // Structure - 1995. -Vol. 3 - № 1- P.63-78.

17. Magnuson B. ERp29 triggers a conformational change in polyomavirus to stimulate membrane binding / B. Magnuson, E. K. Rainey, T. Benjamin, M. Baryshev, S. Mkrtchian, B. Tsai // Mol. Cell - 2005. - Vol. 20 - № 2- P. 289-300.

18. Sherman M.B. Removal of divalent cations induces structural transitions in red clover necrotic mosaic virus, revealing a potential mechanism for RNA release. / M. B. Sherman, R. H. Guenther, F. Tama, T. L. Sit, C. L. Brooks, A. M. Mikhailov, E. V Orlova, T. S. Baker, S. A. Lommel // J. Virol. - 2006. - Vol. 80 -№ 21- P. 10395-406.

19. Khayat R. The 2.3-Angstrom Structure of Porcine Circovirus 2 / R. Khayat, N. Brunn, J. A. Speir, J. M. Hardham, R. G. Ankenbauer, A. Schneemann, J. E. Johnson // J. Virol. - 2011. - Vol. 85. - № 15. - P. 7856-7862..

20. Harms P.A. Open reading frame 2 of porcine circovirus type 2 encodes a major capsid protein / P. A. Harms, P. Nawagitgul, S. D. Sorden, I. Morozov, P. S. Paul, S. R. Bolin // J. Gen. Virol. - 2000. - Vol. 81 - № 9- P. 2281-2287.

21. Букринская, А.Г. Вирусология / А.Г. Букринская. - М.: Медицина, 1986. -336 с.

22. Huber R.G. Multiscale molecular dynamics simulation approaches to the structure and dynamics of viruses / R. G. Huber, J. K. Marzinek, D. A. Holdbrook, P. J. Bond // Prog. Biophys. Mol. Biol. - 2017. - Vol. 128- P. 121-132.

23. Virus taxonomy: VIIIth report of the international committee on taxonomy of viruses. Fauquet, C.M. - Virus Res. 83, 205. - 221 - 222.

24. Dodds J.A. Satellite tobacco mosaic virus / J. A. Dodds // Annu. Rev. Phytopathol. - 1998. - Vol. 36. P. 295-310.

25. Allan G.M. Porcine Circoviruses: A Review / G. M. Allan, J. A. Ellis // J. Vet. Diagnostic Investig. - 2000. - Vol. 12 - № 1.- P. 3-14.

26. Chae C. A review of porcine circovirus 2-associated syndromes and diseases / C. Chae // Vet. J. - 2005. - Vol. 169 - № 3.- P. 326-336.

27. European Nucleotide Archive [http://www.ebi.ac.uk/ena].

28. Meng, X.-J. Fields Virology; Lippincott Williams & Wilkins: Philadelphia, PA, 2013.

29. Bateman A. UniProt: The universal protein knowledgebase / A. Bateman, M. J. Martin, C. O'Donovan, J. Zhang // Nucleic Acids Res. - 2017. - Vol. 45. - № D1.- P. D158-D169.

30. Fan H. Immunogenicity of empty capsids of porcine circovius type 2 produced in insect cells / H. Fan, C. Ju, T. Tong, H. Huang, J. Lv, H. Chen // Vet. Res. Commun. - 2007. - Vol. 31. - № 4.- P. 487-496.

31. Flint, S. J. Principles of virology / S. J . Flint, V. R. Racaniello, G. F. Rall, A. M. Skalka, L. W. Enquist. - 4th edition. - Washington: ASM Press, 2015. - P. 437.

12. Perilla J.R. All-Atom Molecular Dynamics of Virus Capsids as Drug Targets / J. R. Perilla, J. A. Hadden, B. C. Goh, C. G. Mayne, K. Schulten // J. Phys. Chem. Lett. - 2016. - Vol. 7 - № 10. - P. 1836-1844.

32. 1. Perilla J.R. All-Atom Molecular Dynamics of Virus Capsids as Drug Targets / J. R. Perilla, J. A. Hadden, B. C. Goh, C. G. Mayne, K. Schulten // J. Phys. Chem. Lett. - 2016. - Vol. 7 - № 10- 1836-1844с.

33. Fiedler J.D. RNA-Directed Packaging of Enzymes within Virus-Like Particles / J.D. Fiedler, S. D. Brown, J. Lau, M.G. Finn // Angew. Chem. Int. Ed Engl. -2010. - Vol. 49. - P. 9648-9651

34. Reddy T. Computational virology: From the inside out / T. Reddy, M.S.Sansom // Biochim. Biophys. Acta - 2016. - Vol. - 1858. - P. 1610-1618.

35. Alberts B. Essential cell biology / D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter. - 3rd edition. - New York and London: Garland Science, 2010. - P. 868.

36. Бокий Г. Б. Рентгеноструктурный анализ. Т. 1 / Под ред. Н.В. Белова. -Изд. 2-е. - М. : изд-во МГУ, 1964. - 488

37. Malkin A.J. Growth and disorder of macromolecular crystals: Insights from atomic force microscopy and X-ray diffraction studies / A. J. Malkin, R. E. Thorne // Methods - 2004. - Vol. 34 - № 3. - P. 273-299.

38. Rupp B. Predictive models for protein crystallization / B. Rupp, J. Wang // Methods - 2004. - Vol. 34 - № 3.- P. 390-407.

39. Rosenberger F. Nucleation and crystallization of globular proteins — what we know and what is missing / F. Rosenberger // J. Cryst. Growth - 1996. - Vol. 168. - P. 1-27.

40. McPherson A. Introduction to protein crystallization / A. McPherson, J. A. Gavira // Acta Crystallogr. Sect. FStructural Biol. Commun. - 2014. - Vol. 70. -№ 1 - P. 2-20.

41. Schaller T. HIV-1 capsid-cyclophilin interactions determine nuclear import pathway, integration targeting and replication efficiency / T. Schaller, K. E.

Ocwieja, J. Rasaiyaah, A. J. Price, T. L. Brady, S. L. Roth, S. Hué, A. J. Fletcher, K. E. Lee, V. N. KewalRamani, M. Noursadeghi, R. G. Jenner, L. C. James, F. D. Bushman, G. J. Towers // PLoS Pathog. - 2011. - Vol. 7. - № 12.

42. Price A.J. CPSF6 Defines a Conserved Capsid Interface that Modulates HIV-1 Replication / A. J. Price, A. J. Fletcher, T. Schaller, T. Elliott, K. E. Lee, V. N. KewalRamani, J. W. Chin, G. J. Towers, L. C. James // PLoS Pathog. - 2012. -Vol. 8. - № 8.

43. Shah V.B. The Host Proteins Transportin SR2/TNPO3 and Cyclophilin A Exert Opposing Effects on HIV-1 Uncoating / V. B. Shah, J. Shi, D. R. Hout, I. Oztop, L. Krishnan, J. Ahn, M. S. Shotwell, A. Engelman, C. Aiken // J. Virol. -2013. - Vol. 87. - № 1.- P. 422-432.

44. Qi M. Cyclophilin A-dependent restriction of human immunodeficiency virus type 1 capsid mutants for infection of nondividing cells. / M. Qi, R. Yang, C. Aiken // J. Virol. - 2008. - Vol. 82. - № 24. - P. 12001-12008.

45. Stremlau M. The cytoplasmic body component TRIM5alpha restricts HIV-1 infection in Old World monkeys. / M. Stremlau, C. M. Owens, M. J. Perron, M. Kiessling, P. Autissier, J. Sodroski // Nature - 2004. - Vol. 427. - № 6977. - P. 848-853.

46. Finsterbusch T. Interaction of the replication proteins and the capsid protein of porcine circovirus type 1 and 2 with host proteins / T. Finsterbusch, T. Steinfeldt, K. Doberstein, C. Rödner, A. Mankertz // Virology - 2009. - Vol. 386. - № 1. - P. 122-131.

47. Lv Q. Porcine circovirus type 2 ORF4 protein binds heavy chain ferritin / Q. Lv, K. Guo, T. Wang, C. Zhang, Y. Zhang // J. Biosci. - 2015. - Vol. 40. - № 3.-P. 477-485.

48. Fernandez J. Microtubule-associated proteins 1 (MAP1) promote human immunodeficiency virus type I (HIV-1) intracytoplasmic routing to the nucleus / J. Fernandez, D. M. Portilho, A. Danckaert, S. Munier, A. Becker, P. Roux, A.

Zambo, S. Shorte, Y. Jacob, P. O. Vidalain, P. Charneau, F. Clavel, N. J. Arhel // J. Biol. Chem. - 2015. - Vol. 290. - № 8. - P. 4631-4646.

49. Chin C.R. Direct Visualization of HIV-1 Replication Intermediates Shows that Capsid and CPSF6 Modulate HIV-1 Intra-nuclear Invasion and Integration / C. R. Chin, J. M. Perreira, G. Savidis, J. M. Portmann, A. M. Aker, E. M. Feeley, M. C. Smith, A. L. Brass // Cell Rep. - 2015. - Vol. 13. - № 8.- P. 1717-1731.

50. Johansson H.E. RNA Recognition by the MS2 Phage Coat Protein / H. E. Johansson, L. Liljas, O. C. Uhlenbeck // Semin. Virol. - 1997. - Vol. 8. - № 3.- P. 176-185.

51. Garmann R.F. The assembly pathway of an icosahedral single-stranded RNA virus depends on the strength of inter-subunit attractions / R. F. Garmann, M. Comas-Garcia, A. Gopal, C. M. Knobler, W. M. Gelbart // J. Mol. Biol. - 2014. -Vol. 426. - № 5.- P. 1050-1060.

52. Jaspars E.M.J. A genome-activating N-terminal coat protein peptide of Alfalfa mosaic virus is able to activate infection by RNAs 1, 2 and 3 but not by RNAs 1 and 2. Further support for the messenger release hypothesis / E. M. J. Jaspars, C. J. Houwing // Arch. Virol. - 2002. - Vol. 147. - № 4. - P. 857-863.

53. Misinzo G. Porcine circovirus 2 uses heparan sulfate and chondroitin sulfate B glycosaminoglycans as receptors for its attachment to host cells. / G. Misinzo, P. L. Delputte, P. Meerts, D. J. Lefebvre, H. J. Nauwynck // J. Virol. - 2006. - Vol. 80. - № 7. - P. 3487-3494.

54. Wilen C.B. HIV: Cell Binding and Entry / C. B. Wilen, J. C. Tilton, R. W. Doms, B. Walker, A. Mcmichael, C. B. Wilen, J. C. Tilton, R. W. Doms, R. Craigie, F. D. Bushman, G. M. Shaw, E. Hunter // Cold Spring Harb. Perspect. Med. - 2012. - Vol. 2. - № 8. - P. 1-14.

55. Yoon V. The GP120 molecule of HIV-1 and its interaction with T cells. / V. Yoon, M. Fridkis-Hareli, S. Munisamy, J. Lee, D. Anastasiades, L. Stevceva. // Curr. Med. Chem. - 2010. - Vol. 17 (8). - P. 741-9.

56. Miller S.T. Ab initio phasing of high-symmetry macromolecular complexes: successful phasing of authentic poliovirus data to 3.0 A resolution. / S. T. Miller, J. M. Hogle, D. J. Filman // J. Mol. Biol. - 2001. - Vol. 307. - № 2. - P. 499-512.

57. Tarasova E. All-Atom Molecular Dynamics Simulations of Entire Virus Capsid Reveal the Role of Ion Distribution in Capsid's Stability / E. Tarasova, V. Farafonov, R. Khayat, N. Okimoto, T. S. Komatsu, M. Taiji, D. Nerukh // J. Phys. Chem. Lett. - 2017. - Vol. 8. - № 4. - P. 779-784.

58. Grigorieff N. Near-atomic resolution reconstructions of icosahedral viruses from electron cryo-microscopy / N. Grigorieff, S. C. Harrison // Curr. Opin. Struct. Biol. - 2011. - Vol. 21. - № 2. - P. 265-273.

59. Adrian M. Cryo-electron microscopy of viruses / M. Adrian, J. Dubochet, J. Lepault, A. W. McDowall // Nature - 1984. - V. 308. - № 5954. - P. 32-36.

60. Milne J.L.S. 2.2 A resolution cryo-EM structure of / J. L. S. Milne, S. Subramaniam - 2015. - Vol. 348. - № 6239. - P. 1147-1152.

61. Chen J.Z. Molecular interactions in rotavirus assembly and uncoating seen by high-resolution cryo-EM. / J. Z. Chen, E. C. Settembre, S. T. Aoki, X. Zhang, A. R. Bellamy, P. R. Dormitzer, S. C. Harrison, N. Grigorieff // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. - 2009. - Vol. 106. - № 26. - P. 10644-8.

62. Dai X. In situ structures of the genome and genome-delivery apparatus in a single-stranded RNA virus / X. Dai, Z. Li, M. Lai, S. Shu, Y. Du, Z. H. Zhou, R. Sun // Nature - 2016. - Vol. 541. - № 7635. - P. 112-116.

63. Kuhlbrandt W. Cryo-EM enters a new era / W. Kuhlbrandt // eLife - 2014. -Vol. 3 -. P. e03678.

64. Callaway E. The Revolution Will Not Be Crystallized / E. Callaway // Nature -2015. - Vol. 525. - P. 172-174.

65. Gres A.T. X-ray crystal structures of native HIV-1 capsid protein reveal conformational variability / A. T. Gres, K. A. Kirby, V. N. KewalRamani, J. J. Tanner, O. Pornillos, S. G. Sarafianos // Science (80-. ). - 2015. - Vol. 349. - № 6243. - P. 99-103.

66. Howard E.I. Ultrahigh resolution drug design I: Details of interactions in human aldose reductase-inhibitor complex at 0.66 Â / E. I. Howard, R. Sanishvili, R. E. Cachau, A. Mitschler, B. Chevrier, P. Barth, V. Lamour, M. Van Zandt, E. Sibley, C. Bon, D. Moras, T. R. Schneider, A. Joachimiak, A. Podjarny // Proteins Struct. Funct. Genet. - 2004. - Vol. 55. - № 4.- P. 792-804.

67. Elias M. Hydrogen atoms in protein structures: high-resolution X-ray diffraction structure of the DFPase. / M. Elias, D. Liebschner, J. Koepke, C. Lecomte, B. Guillot, C. Jelsch, E. Chabriere // BMC Res. Notes - 2013. - Vol. 6 -№ 1. - P. 308.

68. Lecomte C. Ultra-high-resolution X-ray structure of proteins / C. Lecomte, B. Guillot, N. Muzet, V. Pichon-Pesme, C. Jelsch // Cell. Mol. Life Sci. - 2004. -Vol. 61. - № 7-8. - P. 774-782.

69. Higashiura A. High-resolution X-ray crystal structure of bovine H-protein using the high-pressure cryocooling method / A. Higashiura, K. Ohta, M. Masaki, M. Sato, K. Inaka, H. Tanaka, A. Nakagawa // J. Synchrotron Radiat. - 2013. -Vol. 20. - № 6.- P. 989-993.

70. Jones T.A. Structure of satellite tobacco necrosis virus after crystallographic refinement at 2.5 Â resolution / T.A. Jones, L. Liljas // J. Mol. Biol. - 1984. - Vol. 177(4). - P. 735-67.

71. Kumar A. The Structure of Alfalfa Mosaic Virus Capsid Protein Assembled as a T61 Icosahedral Particle at 4 . 0-Â Resolution / A. Kumar, V. S. Reddy, V. Yusibov, P. R. Chipman, Y. Hata, I. Fita, K. Fukuyama, M. G. Rossmann, L. S. U. E. Loesch-fries, T. S. Baker, J. E. Johnson - 1997. - Vol. 71. - № 10.-P. 79117916.

72. Coulibaly F. The birnavirus crystal structure reveals structural relationships among icosahedral viruses / F. Coulibaly, C. Chevalier, I. Gutsche, J. Pous, J. Navaza, S. Bressanelli, B. Delmas, F. A. Rey // Cell - 2005. - Vol. 120. - № 6.- P. 761-772.

73. Kaufmann B. The structure of human parvovirus B19. / B. Kaufmann, A. A. Simpson, M. G. Rossmann // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. - 2004. - Vol. 101. -№ 32.- P. 11628-33.

74. Ren J. Structures of Coxsackievirus A16 Capsids with Native Antigenicity: Implications for Particle Expansion, Receptor Binding, and Immunogenicity / J. Ren, X. Wang, L. Zhu, Z. Hu, Q. Gao, P. Yang, X. Li, J. Wang, X. Shen, E. E. Fry, Z. Rao, D. I. Stuart // J. Virol. - 2015. - Vol. 89. - № 20.- P. 10500-10511.

75. Wang X. Hepatitis A virus and the origins of picornaviruses / X. Wang, J. Ren, Q. Gao, Z. Hu, Y. Sun, X. Li, D. J. Rowlands, W. Yin, J. Wang, D. I. Stuart, Z. Rao, E. E. Fry // Nature - 2014. - Vol. 517. - № 7532.- P. 85-88.

76. Guu T.S.Y. Structure of the hepatitis E virus-like particle suggests mechanisms for virus assembly and receptor binding. / T. S. Y. Guu, Z. Liu, Q. Ye, D. A. Mata, K. Li, C. Yin, J. Zhang, Y. J. Tao // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. - 2009. - Vol. 106. - № 31.- P. 12992-7.

77. Lu P. Europe PMC Funders Group Three-dimensional structure of human y -secretase / P. Lu, X. Bai, D. Ma, T. Xie, C. Yan, L. Sun - 2015. - Vol. 512. - № 7513.- P. 166-170.

78. Perilla J.R. Physical properties of the HIV-1 capsid from all-atom molecular dynamics simulations / J. R. Perilla, K. Schulten // Nat. Commun. - 2017. - Vol. 8.- № May2016-P. 15959.

79. Shaw D. E. Anton 2: Raising the Bar for Performance and Programmability in a Special-Purpose Molecular Dynamics Supercomputer / D. E. Shaw, J. P. Grossman, J. A. Bank, B. Batson, J. A. Butts, J. C. Chao, M. M. Deneroff, R. O. Dror, A. Even, C. H. Fenton, et al. // In SC14: International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis; IEEE Computer Society: New York. - 2014. - P. 41-53.

80. Ohmura, I. MDGRAPE-4: a special-purpose computer system for molecular dynamics simulations / I. Ohmura, G. Morimoto, Y. Ohno, A. Hasegawa, M. Taiji // Philos. Trans. R. Soc. - A 2014. - Vol. 372. - P. 20130387.

81. Hess B. GROMACS 4: algorithms for highly efficient, load balanced, and scalable molecular simulations / B. Hess, C. Kutzner, D. van der Spoel, E. Lindahl // J. Chem. Theory Comput. - 2008. - Vol. 4.- P. 435-447.

82. Vivo M. De Role of Molecular Dynamics and Related Methods in Drug Discovery / M. De Vivo, M. Masetti, G. Bottegoni, A. Cavalli // J. Med. Chem. -2016. - Vol. 59.- № 9.- P. 4035-4061.

83. Korotkin I. Two-phase flow analogy as an effective boundary condition for modelling liquids at atomistic resolution / I. Korotkin, D. Nerukh, E. Tarasova, V. Farafonov, S. Karabasov // J. Comput. Sci. - 2016. - Vol. 17.- P. 446-456.

84. Korotkin I. A hybrid molecular dynamics/fluctuating hydrodynamics method for modelling liquids at multiple scales in space and time / I. Korotkin, S. Karabasov, D. Nerukh, A. Markesteijn, A. Scukins, V. Farafonov, E. Pavlov // J. Chem. Phys. - 2015. - Vol. 143. - № 1.

85. Markesteijn A. Concurrent multiscale modelling of atomistic and hydrodynamic processes in liquids Subject Areas : / A. Markesteijn, S. Karabasov, A. Scukins, D. Nerukh, V. Glotov, V. Goloviznin - 2014.

86. Andoh Y. All-atom molecular dynamics calculation study of entire poliovirus empty capsids in solution / Y. Andoh, N. Yoshii, A. Yamada, K. Fujimoto, H. Kojima, K. Mizutani, A. Nakagawa, A. Nomoto, S. Okazaki // J. Chem. Phys. -2014. - Vol. 141. - № 16.

87. Miao Y. All-Atom Multiscale Simulation of Cowpea Chlorotic Mottle Virus Capsid Swelling / Y. Miao, J. E. Johnson, P. J. Ortoleva - 2010. - P. 1118111195.

88. Larsson D.S.D. Screening for the location of RNA using the chloride ion distribution in simulations of virus capsids / D. S. D. Larsson, D. Van Der Spoel // J. Chem. Theory Comput. - 2012. - Vol. 8. - № 7.- P. 2474-2483.

89. Larsson D.S.D. Virus capsid dissolution studied by microsecond molecular dynamics simulations / D. S. D. Larsson, L. Liljas, D. van der Spoel // PLoS Comput. Biol. - 2012. - Vol. 8. - № 5.- P. 1-8.

90. Freddolino P.L. Molecular dynamics simulations of the complete satellite tobacco mosaic virus / P. L. Freddolino, A. S. Arkhipov, S. B. Larson, A. McPherson, K. Schulten // Structure - 2006. - Vol. 14. - № 3.- P. 437-449.

91. The Protein Data Bank. H.M. Berman, J. Westbrook, Z. Feng, G. Gilliland, T.N. Bhat, H. Weissig, I.N. Shindyalov, P.E. Bourne (2000) Nucleic Acids Research, 28: 235-242.

92. Verlet L. Comyuter "Experiments" on Classical Fluids. I. Thermodynamical Properties of Lennard, -Jones Molecules // Phys. Rev. - 1967. - Vol. 159. - № 5. -P. 98.

93. Leach A. R. Molecular Modelling: Principles and Applications / A. R. Leach. -2nd edition. - Pearson Education, 2001. - P. 744.

94. Allen M. P. Computer Simulation of Liquids / M. P. Allen D. J. Tildesley. -Clarendon Press, 1989. - P. 385.

95. Choe J.I. Determination of proper time step for molecular dynamics simulation / J. I. Choe, B. Kim // Bull. Korean Chem. Soc. - 2000. - Vol. 21. - № 4.- P. 419424.

96. . Bowman G.R. Accurately modeling nanosecond protein dynamics requires at least microseconds of simulation / G. R. Bowman // J. Comput. Chem. - 2016. -Vol. 37. - № 6.- P. 558-566.

97. Sosnick T.R. How Proteins Fold / T. R. Sosnick, J. R. Hinshaw // Science (80-. ). - 2011. - Vol. 334. - № 6055.- P. 464-465.

98. Borgia M.B. Single-molecule fluorescence reveals sequence-specific misfolding in multidomain proteins / M. B. Borgia, A. Borgia, R. B. Best, A. Steward, D. Nettels, B. Wunderlich, B. Schuler, J. Clarke // Nature - 2011. - Vol. 474. - № 7353.- P. 662-665.

99. Kmiecik S. Coarse-Grained Protein Models and Their Applications / S. Kmiecik, D. Gront, M. Kolinski, L. Wieteska, A. E. Dawid, A. Kolinski // Chem. Rev. - 2016. - Vol. 116. - № 14.- P. 7898-7936.

100. Cellmer T. Coarse-Grained Simulations of Protein Aggregation / T. Cellmer, N.L. Fawzi // Methods Mol. Biol. - 2012. - Vol. 899. - P. 453-70.

101. Scott K.A. Coarse-Grained MD Simulations of Membrane Protein-Bilayer Self-Assembly / K. A. Scott, P. J. Bond, A. Ivetac, A. P. Chetwynd, S. Khalid, M. S. P. Sansom // Structure - 2008. - Vol. 16. - № 4.- P. 621-630.

102. Reddy T. The Role of the Membrane in the Structure and Biophysical Robustness of the Dengue Virion Envelope / T. Reddy, M. S. P. Sansom // Structure - 2016. - Vol. 24. - № 3.- P. 375-382.

103. Ayton G.S. Multiscale computer simulation of the immature HIV-1 virion / G. S. Ayton, G. A. Voth // Biophys. J. - 2010. - Vol. 99. - № 9.- P. 2757-2765.

104. Grime J.M.A. Coarse-grained simulation reveals key features of HIV-1 capsid self-assembly / J. M. A. Grime, J. F. Dama, B. K. Ganser-Pornillos, C. L. Woodward, G. J. Jensen, M. Yeager, G. A. Voth // Nat. Commun. - 2016. - Vol. 7.- № May. - P. 11568.

105. Hagan M.F. Recent advances in coarse-grained modeling of virus assembly / M. F. Hagan, R. Zandi // Curr. Opin. Virol. - 2016. - Vol. 18.- P. 36-43.

106. Das R. Macromolecular modeling with rosetta / R. Das, D. Baker // Annu. Rev. Biochem. - 2008. - Vol. 77. - P. 363-82.

107. Takada S. Coarse-grained molecular simulations of large biomolecules / S. Takada // Curr. Opin. Struct. Biol. - 2012. - Vol. 22. - № 2.- P. 130-137.

108. Alexander P.A. A minimal sequence code for switching protein structure and function / P. A. Alexander, Y. He, Y. Chen, J. Orban, P. N. Bryan // Proc. Natl. Acad. Sci. - 2009. - Vol. 106. - № 50.- P. 21149-21154.

109. Rolfsson O. Direct Evidence for Packaging Signal-Mediated Assembly of Bacteriophage MS2 / O. Rolfsson, S. Middleton, I. W. Manfield, S. J. White, B. Fan, R. Vaughan, N. A. Ranson, E. Dykeman, R. Twarock, J. Ford, C. Cheng Kao, P. G. Stockley // J. Mol. Biol. - 2016. - Vol. 428. - № 2.- P. 431-448.

110. Dykeman E.C. Packaging signals in two single-stranded RNA viruses imply a conserved assembly mechanism and geometry of the packaged genome / E. C.

Dykeman, P. G. Stockley, R. Twarock // J. Mol. Biol. - 2013. - Vol. 425. - № 17.- P. 3235-3249.

111. Garmann R.F. Physical Principles in the Self-Assembly of a Simple Spherical Virus / R. F. Garmann, M. Comas-Garcia, C. M. Knobler, W. M. Gelbart // Acc. Chem. Res. - 2016. - Vol. 49. - № 1. - P. 48-55.

112. Dykeman E.C. Building a viral capsid in the presence of genomic RNA / E. C. Dykeman, P. G. Stockley, R. Twarock // Phys. Rev. E - Stat. Nonlinear, Soft Matter Phys. - 2013. - Vol. 87. - № 2.- P. 1-12.

113. Ringe D. Solvent mobility and the protein " glass " transition / D. Ringe, G. A. Petsko, D. Vitkup, D. Ringe, G. A. Petsko - 2000. - № January.

114. Karplus M. Molecular dynamics simulations of biomolecules / M. Karplus, J. A. McCammon // Nat. Struct. Biol. - 2002. - Vol. 9. - № 9.- P. 646-652.

115. Nerukh D. Water - Peptide Dynamics during Conformational Transitions / D. Nerukh, S. Karabasov // J. Phys. Chem. Lett. - 2013. - Vol. 4.- P. 815.

116. Crozier P.S. Molecular dynamics calculations of the electrochemical properties of electrolyte systems between charged electrodes Molecular dynamics calculations of the electrochemical properties of electrolyte systems between charged electrodes / P. S. Crozier, R. L. Rowley, D. Henderson, P. S. Crozier, R. L. Rowley - 2000. - Vol. 9202. - № 2.

117. Larson S.B. Satellite tobacco mosaic virus RNA: structure and implications for assembly / S. B. Larson, A. Mcpherson - 2001. - P. 59-65.

118. Zeng Y. A model for the structure of satellite tobacco mosaic virus / Y. Zeng, S. B. Larson, C. E. Heitsch, A. McPherson, S. C. Harvey // J. Struct. Biol. - 2012. - Vol. 180. - № 1.- P. 110-116.

119. Schroeder S.J. Ensemble of Secondary Structures for Encapsidated Satellite Tobacco Mosaic Virus RNA Consistent with Chemical Probing and Crystallography Constraints / S. J. Schroeder, J. W. Stone, S. Bleckley, T. Gibbons, D. M. Mathews // Biophysj - 2011. - Vol. 101. - № 1.- P. 167-175.

120. Zink M. Mechanical properties of the icosahedral shell of southern bean mosaic virus: A molecular dynamics study / M. Zink, H. Grubmüller // Biophys. J. - 2009. - Vol. 96. - № 4.- P. 1350-1363.

121. Miao Y. Viral structural transition mechanisms revealed by multiscale molecular dynamics/order parameter extrapolation simulation / Y. Miao, P. J. Ortoleva // Biopolymers - 2010. - Vol. 93. - № 1.- P. 61-73.

122. Miao Y. Molecular Dynamics/Order Parameter Extrapolation (MD/OPX) for Bionanosystem Simulations / Y. Miao, P. J. Ortoleva // J. Comput. Chem. - 2009. -Vol. 30(3). P. 423-437.

123. Roberts J.A. Investigation of a predicted N-terminal amphipathica-helix using atomistic molecular dynamics simulation of a complete prototype poliovirus virion / J. A. Roberts, M. J. Kuiper, B. R. Thorley, P. M. Smooker, A. Hung // J. Mol. Graph. Model. - 2012. - Vol. 38.- P. 165-173.

124. Bubeck D. The Structure of the Poliovirus 135S Cell Entry Intermediate at 10-Angstrom Resolution Reveals the Location of an Externalized Polypeptide That Binds to Membranes f / D. Bubeck, D. J. Filman, N. Cheng, A. C. Steven, J. M. Hogle, D. M. Belnap - 2005. - Vol. 79. - № 12.- P. 7745-7755.

125. Spoel D. Van Der GROMACS: Fast, flexible, and free / D. Van Der Spoel, E. Lindahl, B. Hess, G. Groenhof, A. E. Mark, H. J. C. Berendsen // J. Comput. Chem. - 2005. - Vol. 26. - № 16.- P. 1701-1718.

126. Molecular Operating Environment (MOE), 2013.08; Chemical Computing Group Inc.: Montreal, QC, Canada, 2016.

127. Wang N. In silico analysis of surface structure variation of PCV2 capsid resulting from loop mutations of its capsid protein (Cap) / N. Wang, Y. Zhan, A. Wang, L. Zhang, R. Khayat, Y.Yang // Journal of general virology - 2016. - Vol. 97.- P. 3331- 3344.

128. Tarasova E. Complete virus capsid at all-atom resolution: Simulations using molecular dynamics and hybrid molecular dynamics/hydrodynamics methods reveal semipermeable membrane function / E. Tarasova, I. Korotkin, V. Farafonov,

S. Karabasov, D. Nerukh // Journal of Molecular Liquids. - 2017. - Vol. 245. -109-114.

129. Sali A. Comparative protein modelling by satisfaction of spatial restraints. / Sali A., Blundell T. L. // J. Mol. Biol. - 1993. - Vol. 234. - P. 779-815.

130. VIPERdb2: an enhanced and Web API enabled relational database for structural virology. Nucleic Acids Res. 2009, 37, D436-D442.

131. Krieger E. YASARA View - molecular graphics for all devices - from smartphones to workstations / E. Krieger, G. Vriend // Bioinformatics - 2014. -Vol. 30 - № 20- P. 2981-2982.

132. Oostenbrink C. A biomolecular forcefield based on the free enthalpy of hydration and solvation: the GROMOS force-field parameter sets 53A5 and 53A6 / Oostenbrink, C., Villa, A., Mark, A. E., Van Gunsteren, W. F. // J. Comput. Chem. - 2004. - Vol. 25. - P. 1656-1676.

133. Duan Y. A point-charge forcefield for molecular mechanics simulations of proteins based on condensed-phase quantum mechanical calculations / Duan, Y., Wu, C., Chowdhury, S., Lee, M. C., Xiong, G., Zhang, W., Yang, R., Cieplak, P., Luo, R., Lee, T., et al. // J. Compu. - 2003. - Vol. 24(16). - P. 1999-2012.

134. Abraham M.J. GROMACS User Manual version 5.0.4 / M.J. Abraham, D. van der Spoel, E. Lindahl, B. Hess, and the GROMACS development team. - 2014.

135. Huang Y. All-Atom Continuous Constant pH Molecular Dynamics With Particle Mesh Ewald and Titratable Water / Y. Huang, W. Chen, J. A. Wallace, J. Shen // J. Chem. Theory Comput. - 2016. - Vol. 12. - P. 5411-5421

136. Donnini S. Charge-Neutral Constant pH Molecular Dynamics Simulations Using a Parsimonious Proton Bu ff er / S. Donnini, R. T. Ullmann, G. Groenhof -2016.

137. Wu X. Origin of pKa Shifts of Internal Lysine Residues in SNase Studied Via Equal-Molar VMMS Simulations in Explicit Water / X. Wu, J. Lee, B. R. Brooks // J. Phys. Chem. B. - 2017. - Vol. 121 (15). - P. 3318-3330.

138. Carrasco C. Manipulation of the mechanical properties of a virus by protein engineering / C. Carrasco, M. Castellanos, P. J. De Pablo, M. G. Mateu - 2008.

139. Castellanos M. Mechanical elasticity as a physical signature of conformational dynamics in a virus particle / M. Castellanos, R. Pérez, C. Carrasco, M. Hernando-pérez, J. Gómez-herrero - 2012.

140. Bauer D.W. Exploring the Balance between DNA Pressure and Capsid Stability in Herpesviruses and Phages / D. W. Bauer, D. Li, J. Huffman, F. L. Homa, K. Wilson, J. C. Leavitt, S. R. Casjens, J. Baines, A. Evilevitch // J. Virol. -2015. - Vol. 89. - № 18.- P. 9288-9298.

141. Snijder J. Probing the biophysical interplay between a viral genome and its capsid / J. Snijder, C. Uetrecht, R. J. Rose, R. Sanchez-Eugenia, G. A. Marti, J. Agirre, D. M. A. Guérin, G. J. L. Wuite, A. J. R. Heck, W. H. Roos // Nature Chemistry. - Vol. 5. - 2013. - P. 502-509.

142. Hryc C.F. Accurate model annotation of a near-atomic resolution cryo-EM map / C. F. Hryc, D.-H. Chen, P. V. Afonine, J. Jakana, Z. Wang, C. Haase-Pettingell, W. Jiang, P. D. Adams, J. A. King, M. F. Schmid, W. Chiu // Proc. Natl. Acad. Sci. - 2017. - Vol. 114 - № 12- P. 3103-3108.

143. Perilla J.R. Molecular Architecture of the Retroviral Capsid / J. R. Perilla, A. M. Gronenborn // Trends Biochem. Sci. - 2016. - Vol. 41. - № 5.- P. 410-420.

144. Adolph K. W. Studies on the assembly of a spherical plant virus III. Reassembly of infectious virus under mild conditions / K.W.Adolph P.J.G.Butler // J. Mol. Biol. - 1977. - Vol. 109. - P. 345-57.

145. Johnson J.M. Regulating Self-Assembly of Spherical Oligomers / J. M. Johnson, J. Tang, Y. Nyame, D. Willits, M. J. Young, A. Zlotnick - 2005.

146. Smith D.E. Computer simulations of NaCl association in polarizable water / D. E. Smith, L. X. Dang // J. Chem. Phys. - 1994. - Vol. 100 - № 5- P. 37573766.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение А

Последовательность аминокислотных остатков в составе белковой субъединицы капсида свиного цирковируса типа 2 [19, 91].

Жирным шрифтом выделен восстановленный N-концевой домен, неопределяемый в эксперименте.

Met1 - Arg2 - Gly3 - Ser4 - His5 - His6 - His7 - His8 - His9 - His10 - Gly11- Met12-Ala13 - Ser14 - Met15 - Thr16 - Gly17 - Gly18 - Asn19 - Asn20 - Met21 - Gly22 - Arg23-Asp24 - Leu25 - Tyr26 - Asp27 - Asp28 - Asp29 - Asp30 - Lys31 - Asp32 - His33 - Pro34 - Phe35 - Thr36 - Asn37 - Gly38 - Ile39 - Phe40 - Asn41 - Thr42 - Arg43 - Leu44 - Ser45 -Arg46 - Thr47 - Phe48 - Gly49 - Tyr50 - Thr51 - Ile52 - Lys53 - Arg54 - Thr55 - Thr56 -Val57 - Lys58 - Thr59 - Pro60 - Ser61 - Trp62 - Ala63 - Val64 - Asp65 - Met66 - Met67 -Arg68 - Phe69 - Asn70 - Ile71 - Asn72 - Asp73 - Phe74 - Leu75 - Pro76 - Pro77 - Gly78 -Gly79 - Gly80 - Ser81 - Asn82 - Pro83 - Arg84 - Ser85 - Val86 - Pro87 - Phe88 - Glu89 -Tyr90 - Tyr91 - Arg92 - Ile93 - Arg94 - Lys95 - Val96 - Lys97 - Val98 - Glu99 - Phe100 -Trp101 - Pro102 - Cys103 - Ser104 - Pro105 - Ile106 - Thr107 - Gln108 - Gly109 - Asp110-Arg111 - Gly112 - Val113 - Gly114 - Ser115 - Ser116 - Ala117 - Val118 - Ile119 - Leu120 -Asp121 - Asp122 - Asn123 - Phe124 - Val125 - Thr126 - Lys127 - Ala128 - Thr129 - Ala130 -Leu131 - Thr132 - Tyr133 - Asp134 - Pro135 - Tyr136 - Val137 - Asn138 - Tyr139 - Ser140 -Ser141 - Arg142 - His143 - Thr144 - Ile145 - Thr146 - Gln147 - Pro148 - Phe149 - Ser150 -Tyr151 - His152 - Ser153 - Arg154 - Tyr155 - Phe156 - Thr157 - Pro158 - Lys159 - Pro160 -Val161 - Leu162 - Asp163 - Ser164 - Thr165 - Ile166 - Asp167 - Tyr168 - Phe169 - Gln170 -Pro171 - Asn172 - Asn173 - Lys174 - Arg175 - Asn176 - Gln177 - Leu178 - Trp179 - Leu180 -Arg181 - Leu182 - Gln183 - Thr184 - Ala185 - Gly186 - Asn187 - Val188 - Asp189 - His190 -Val191 - Gly192 - Leu193 - Gly194 - Thr195 - Ala196 - Phe197 - Glu198 - Asn199 - Ser200 -Ile201 - Tyr202 - Asp203 - Gln294 - Glu205 - Tyr206 - Asn207 - Ile208 - Arg209 - Val210 -Thr211 - Met212 - Tyr213 - Val214 - Gln215 - Phe216 - Arg217 - Glu218 - Phe219 - Asn220 -Leu221 - Lys222 - Asp223 - Pro224 - Pro225 - Leu226 .