Новое исследование ученых из Исследовательского института Скриппса (TSRI) описывает структуру с высоким разрешением белка ВИЧ, ответственного за распознавание и инфицирование клеток-хозяев.
Исследование, опубликованное сегодня в журнале Science, впервые демонстрирует этот белок ВИЧ, известный как тример оболочки (Env), в его естественном или естественном виде "родные" форма. Результаты также включают подробную карту уязвимого сайта в основе этого белка, а также сайт связывания антитела, которое может нейтрализовать ВИЧ.
"Эта структура была неуловимой, потому что ее хрупкость обычно заставляет ее разваливаться, прежде чем ее можно будет отобразить," сказал доцент TSRI Эндрю Уорд, старший автор исследования. "Теперь, когда мы знаем, как выглядит родное состояние, следующим шагом будет рассмотрение применения вакцины."
Изучение защиты от ВИЧ
Представьте себе самолет, идущий на посадку. А теперь представьте, что взлетно-посадочная полоса покрыта грудой колючей проволоки.
Это своего рода вызов, с которым сталкиваются человеческие антитела, когда они пытаются нейтрализовать ВИЧ.
"Иммунная система может вызвать реакцию, но эти реакции не могут эффективно воздействовать на вирус," сказал Уорд.
В идеале антитела могли бы нацеливаться на тример Env ВИЧ – три слабо связанных белка, которые выступают из мембраны вируса и позволяют вирусу сливаться с клетками-хозяевами и инфицировать их. Этот "термоядерное оборудование" также является ценной мишенью, потому что его структура высоко консервативна, а это означает, что одни и те же уязвимости существуют во многих штаммах вируса, и антитела против этих сайтов могут быть "широко нейтрализующий." К сожалению, "щит" молекул сахара, называемых гликанами, блокирует попадание многих антител в эту область.
Чтобы разработать вакцину против ВИЧ, исследователям нужна подробная карта этих гликанов, чтобы выявить небольшие дыры в щите, через которые антитела могут проникнуть и нейтрализовать лежащий в основе вирусный механизм.
Однако тример ВИЧ, как известно, нестабилен, поэтому ученым сложно получить хорошее изображение. Частично из-за этого ограничения предыдущие исследования в TSRI и других учреждениях показали только усеченные тримеры или модели с высоким разрешением тримеров, стабилизированных мутациями. Никто не имел четкого представления о тримере и его гликановой защите в их естественной форме.
Новые методы приводят к созданию подробной карты
В новом исследовании исследователи использовали криоэлектронную микроскопию (ЭМ) – метод трехмерной визуализации, который позволяет разрешать детали на атомном уровне. TSRI поддерживает современный комплект крио-ЭМ, который включает в себя мощный криоэлектронный микроскоп Titan Krios и цифровую камеру нового поколения Gatan K2 Summit.
Исследователи разработали стратегию извлечения и очистки хрупкого тримера Env ВИЧ из его мембранной среды и загрузки его в микроскоп для визуализации. В процессе использовалось широко нейтрализующее антитело к ВИЧ, PGT151, ранее обнаруженное в лаборатории профессора TSRI Денниса Бертона (также научного директора Центра нейтрализующих антител Международной инициативы по вакцине против СПИДа (IAVI) и Национального института здоровья (NIH)). спонсируемый Центр иммунологии вакцины против ВИЧ / СПИДа и открытия иммуногенов (CHAVI-ID), оба в TSRI).
Полученные изображения включают более полную структуру тримера, чем когда-либо ранее. Исследователи смогли увидеть полный механизм слияния, сложные гликаны и мишень вакцины, называемую проксимальной внешней областью мембраны (MPER). Структуры также продемонстрировали, что тример является податливым и может незначительно изменять свою форму. Это изменение формы является одновременно частью его механизма слияния и способом избежать нейтрализующих реакций антител.
Структура также включает в себя очень подробную картину сайта уязвимости PGT151, наиболее сложного и обширного нейтрализующего эпитопа в широком смысле (сайт, который могут распознавать антитела), который еще описан. Помимо нацеливания на несколько гликанов на поверхности Env, PGT151 связывается со слитым пептидом, что делает вирус неспособным инфицировать клетки-хозяева.
Кроме того, исследователи использовали этот более полный тример для изучения антитела, которое связывается с MPER. Ранее трехмерные структуры этой области изучались только с использованием фрагментов тримеров.
Полученные данные дают исследователям лучшее представление о свойствах антител, необходимых для преодоления гликанового щита. "Это чрезвычайно важно знать, когда вы пытаетесь разработать вакцину против ВИЧ," сказал Jeong Hyun Lee, аспирант лаборатории Ward и первый автор исследования.
Уорд сказал, что недавно решенная структура похожа на структуры, имитирующие тример Env, разрабатываемые для вакцины против ВИЧ, и подтверждает, что стратегии вакцинации достигаются намеченной. Теперь исследователи могут продолжить эту работу, чтобы разработать лучшие вакцины-кандидаты.