22.10.2020

Ученые запечатлели первое изображение с высоким разрешением переходного состояния ключевых белков ВИЧ

Ученые снимают первое изображение с высоким разрешением переходного состояния ключевого белка ВИЧ
                CD4 и b12 оба захватывают Env в открытой конформации перед слиянием, но только CD4 открывает сайт связывания корецептора, необходимый для входа. Предоставлено: Scripps Research Institute.

Новый трехмерный снимок ВИЧ демонстрирует радикальные структурные преобразования, которые позволяют вирусу распознавать и инфицировать клетки-хозяева, согласно новому исследованию, проведенному учеными из Исследовательского института Скриппса (TSRI).
                                                                                       

Крупномасштабное изображение атомного масштаба показывает сложный танец между различными частями ключевого белкового комплекса ВИЧ, известного как тример конверта (Env), который происходит за несколько секунд до того, как вирус обычно сливается с иммунной клеткой. плазматическая мембрана.

«Можно было бы считать это» недостающим звеном «между ранее известной префузией ВИЧ и состояниями после слияния», — сказал Эндрю Уорд, доцент TSRI, который руководил исследованием.

Изображение также дает ученым их самый ясный взгляд на пластическую природу Env, которая постоянно переключается между различными конфигурациями, прежде чем зацепиться за клетки человека.

«Несколько других исследований показали свидетельство» дыхания «тримера, и здесь мы можем зафиксировать два различных конформационных состояния Env в высоком разрешении», — сказал соавтор первого исследования Габриэль Озоровский, старший научный сотрудник TSRI.

Результаты исследования, опубликованного 12 июля в журнале Nature, могут дать новые потенциальные цели для разработки вакцин против ВИЧ.

«Понимая молекулярные детали этого промежуточного состояния слияния, мы можем сделать вывод, как тример переходит между состояниями и инженерными мутациями или молекулами, чтобы блокировать эти переходы», — сказал Уорд.

Неуловимая цель

ВИЧ, вирус иммунодефицита человека, в настоящее время инфицирует около 37 миллионов человек во всем мире. Разработка вакцины, способной предотвращать, а не просто лечить ВИЧ-инфекции, в значительной степени блокируется сложной и неуловимой структурой Env.

Env ВИЧ представляет собой белковый комплекс, состоящий из трех идентичных грибовидных структур, каждая из которых содержит подобную стеблю субъединицу gp41 и область, похожую на крышку, называемую gp120. Структуры только слабо связаны друг с другом, что позволяет тримеру изменять форму и делает общеизвестно трудным изучение и нацеленность на лекарства. Кроме того, тример также часто мутирует свои самые внешние области «вариабельной петли», чтобы избежать иммунной атаки, и его поверхности покрыты сложными молекулами сахара (так называемыми гликанами), которые скрывают потенциальные сайты связывания лекарственного средства.

Но благодаря захвату Env в конфигурации, которая выставляет ранее неизвестные участки на поверхностях тримера, снимок представляет новые интересные перспективы для разработчиков лекарств.

«Если мы сможем нацелиться на недавно обнаруженные карманы с небольшими молекулами, то есть потенциал для создания новых лекарств-ингибиторов слияния», — сказал Уорд.

Помощь заменителя

Ультра-детальное изображение команды Env на самом деле представляет собой составное изображение, сшитое цифровым образом из тысяч изображений, полученных с помощью крио-электронного микроскопа.

Для возникновения ВИЧ-инфекции Env должен сначала связаться с двумя белками на внешней поверхности иммунной Т-клетки, мембранным рецептором, известным как CD4, а затем с корецептором, CXCR4 или CCR5. Для нового исследования ученые создали белок, который включал модифицированную форму Env — генетически сконструированную для стабильности — который связан с CD4 и 17b, человеческое антитело, которое напоминает CXCR4/CCR5 и используется в качестве замены для корецепторов , Тримерные комплексы затем внедряются в тонкий слой льда и помещаются под микроскоп для получения изображений.

«Электронный пучок рассеивается атомами белка, что приводит к получению детальных двумерных изображений», — сказал соавтор первого исследования Джеспер Паллесен, также старший научный сотрудник TSRI. «Мы берем около 2000 изображений, каждое из которых содержит тысячи комплексов, замороженных в произвольной ориентации, и мы выровняем их в вычислительном отношении, чтобы создать трехмерный снимок с высоким разрешением».

Новое государство

Новый снимок Env в его «промежуточном» состоянии синтеза показывает, что при связывании с CD4 вариабельные петли V1 и V2 gp120 отрываются от центра тримера, обнажая сайт связывания корецептора. Привязка CD4 также запускает части «стебля» gp41, чтобы перестроиться, чтобы создать небольшой карман внутри тримера. Этот карман действует для стабилизации слитого пептида — аминокислотной последовательности, которая закрепляет себя в клетке-хозяине, — когда он движется от основания тримера к внутренней части при подготовке к слиянию мембран.

Благодаря своей критической роли в инфекции, область слитого пептида ВИЧ особенно устойчива к мутациям и, таким образом, является востребованным лекарственным средством-мишенью. «Если вы можете нацелиться на этот конкретный отрезок аминокислот, то вирусу будет нелегко вырваться», — сказал Паллезен.

Однако на самом деле попасть в эту мишень оказалось трудным, потому что пептид слияния редко остается на месте. «До связывания CD4 слитый пептид плавает и развевается за пределами тримера», — сказал Озоровский. «То, что мы впервые видим в нашей структуре, это то, что когда Env связывает CD4, слитый пептид перемещается ближе к внутренней части тримера и принимает более стабильное состояние, поскольку он готовится закрепиться в мембране клетки-хозяина».

<б> Дыхание

Команда также провела второй эксперимент по замене антител, чтобы получить наиболее ясную картину о способностях Env в отношении изменения формы. «Поскольку Env является метастабильной термоядерной машиной, уже давно понятно, что она должна быть гибкой структурой», — сказал Уорд.

Поменяв CD4 на антитело аналогичной формы, b12, команда смогла показать, что помимо «закрытого» состояния, в котором скрыт сайт связывания CD4, и «открытого» состояния, которое готово к CD4 связывая, Env также преобразуется в частично открытую конфигурацию, которая поддерживает b12, но не CD4.

«Чтобы произошла инфекция, тример должен перейти из закрытого состояния в открытое состояние, которое приводит к слиянию пептида в непосредственной близости от клетки-хозяина», — сказал Озоровский. «Выборка различных состояний может помочь Env переключаться с одного на другое. Мы показываем, что, несмотря на эти разные конформации, каждое из них все еще демонстрирует некоторую степень стабильности».

Это стабильное мета-состояние — еще один путь, который могут исследовать производители наркотиков. «Теперь мы можем исследовать эту новую конформацию, чтобы обнаружить новые карманы для лекарств на поверхности Env», — сказал Паллезен. «Таким образом, он открывает еще один арсенал оружия в борьбе с инфекцией.»

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *