Блог

Jan 05, 2024

Динамический ВИЧ

Том «Природные коммуникации»

Nature Communications, том 13, номер статьи: 6393 (2022) Цитировать эту статью

2524 Доступа

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Вакцины, нацеленные на шиповидный белок gp160 ВИЧ-1, блокируются из-за высокого уровня вирусных мутаций и структурных уловок. Проксимальная внешняя область gp160 (MPER) является мишенью естественно возникающих антител широкого нейтрализующего действия (bnAbs), однако вакцины на основе MPER не способны генерировать bnAbs. Здесь белок-шип, встроенный в нанодиск, был исследован с помощью криоэлектронной микроскопии и молекулярно-динамического моделирования, выявив спонтанный наклон эктодомена, который создает уязвимость для ВИЧ-1. В то время как каждый протомер MPER излучается центрально в направлении тройной оси, способствуя образованию связанной с мембраной структуры трипода, которая закрыта вертикальным шипом, наклон обеспечивает доступ к противоположному MPER. Структуры белков-шипов со связанными 4E10 bnAb Fab показывают, что антитело связывает экспонированный MPER, тем самым изменяя динамику MPER, модифицируя средний наклон эктодомена и создавая нагрузку на вирусную мембрану и трансмембранные сегменты спайка, что приводит к отмене слияния мембран и информированию о будущем. разработка вакцины.

Считается, что возникновение вируса иммунодефицита человека-1 (ВИЧ-1) как возбудителя у Homo sapiens произошло в Демократической Республике Конго примерно в 1920 году в результате перехода ретровируса от шимпанзе к человеку, за которым последовала инициация нынешней эпидемии у Homo sapiens. 1970-е годы1,2. Данные, собранные за последние 35 лет, свидетельствуют о важности этого зооноза: около 78 000 000 человек во всем мире были инфицированы и около 35 000 000 умерли, несмотря на мультиагентную противовирусную терапию3.

Тримерный белок оболочки ВИЧ-1 gp160 (Env), трансмембранный гликопротеин, содержащий три протомера каждый из gp120 и gp41, представляет собой единственный белок вирусного происхождения на вирионе. Следовательно, это единственная мишень защитных антител, возникающих естественным путем у пациентов или вызываемых у неинфицированных людей посредством вакцинации4,5,6. Тем не менее, вакцинальная индукция антител необходимой широты против различных вирусных штаммов, так называемых широко нейтрализующих антител (bnAbs), не привела к образованию антител, которые либо блокируют первоначальное связывание вируса с Т-клетками CD4 человека, либо ингибируют последующие конформационные изменения Env и сопутствующие события слияния, необходимые для постсвязывающего проникновения вируса в клетку-хозяина (рассмотрено в ссылке 7). Иммунное распознавание Env затруднено из-за его необычайной вариабельности последовательностей8, плотного гликозилирования9,10 и конформационной маскировки ключевых сайтов и метастабильного состояния11. Тем не менее, у некоторых хронически инфицированных ВИЧ-1 пациентов в течение многих лет после заражения развиваются bnAb4,5,6. Сопутствующая вирусная диверсификация и обширные соматические мутации антител улучшают аффинность связывания, оптимизируя соответствие между паратопами и эпитопами12. BnAbs направлены против сайта связывания CD4, а также сайтов гликанов V1V2 и V3 на gp120, области интерфейса gp41-gp120 и внешней мембранно-проксимальной внешней области gp41 (MPER)4,5,6. MPER, который соединяет эктодомен Env с его трансмембранным (TM) доменом, является одним из наиболее консервативных сегментов ВИЧ-1 среди кладовых штаммов13. Это сохранение и наблюдение, что естественно возникающие bnAb, нацеленные на MPER, проявляют самый широкий спектр нейтрализации, сделали MPER ключевой мишенью для разработки вакцин.

Структура MPER сама по себе и вместе с доменом TM в мембрано-миметической среде была тщательно изучена спектроскопическими методами, установив, что пептид MPER имеет тенденцию принимать встроенную в мембрану конформацию изогнутая спираль-шарнир-спираль с дополнительной фланкирующей гибкостью13. ,14 и позволяют предположить, что MPER, связанный с bnAb, частично экстрагируется из мембраны15. Однако пептидные вакцины MPER не смогли вызвать bnAbs, и точное расположение MPER как части всего встроенного в мембрану тримера Env остается спорным. В одном исследовании криоэлектронной томографии (крио-ЭТ) сообщалось, что MPER образуют треножную структуру, состоящую из трех разделенных спиралей16, но другие исследования крио-ЭТ показали, что три сегмента MPER организованы в компактный стебель17,18. Следовательно, для целей рационального проектирования вакцин необходима структура с высоким разрешением, чтобы выяснить фактическое расположение MPER в контексте как липидного бислоя, так и полного гликозилированного эктодомена тримера Env.