Результаты, опубликованные в выпуске журнала Science от 29 ноября 2013 года, касаются белка, известного как гликопротеин оболочки E2.«Мы взволнованы этим развитием», — сказал Ян А. Уилсон, профессор структурной биологии Хансена в TSRI и старший автор нового исследования вместе с доцентами TSRI Мансаном Лоу и Эндрю Б. Уордом. «Было очень сложно получить структуру E2 с высоким разрешением, и потребовались годы кропотливой работы, чтобы наконец это сделать».
Любая успешная вакцина против гепатита С, вероятно, нацелена на белок E2. Ученые уже выделили у пациентов редкие антитела, которые могут связывать E2 способами, нейтрализующими широкий спектр вирусных штаммов.«Нашей команде потребовалось шесть лет, чтобы решить эту очень сложную научную проблему, но мы не сдались», — сказал Ло. «Теперь, когда мы можем визуализировать структурные детали этих сайтов связывания, мы можем разработать молекулы вакцины, которые имитируют их».Безмолвный убийца
Уже давно существует острая необходимость в эффективной вакцине против вируса гепатита С. Когда-то ограничившись изолированными географическими регионами, вирус распространился по всему миру в течение 20 века, главным образом через переливание крови, нестерилизованные медицинские инструменты и повторно используемые иглы для подкожных инъекций. Хотя больницы проводят скрининг продуктов крови на вирус гепатита С (ВГС) с начала 1990-х годов, в настоящее время считается, что около 200 миллионов человек являются носителями вируса. В их число входят более 3 миллионов человек в Соединенных Штатах, где вирус вызывает больше смертей каждый год, чем ВИЧ.
ВГС смог распространиться так широко, потому что обычно вызывает мало симптомов или совсем не вызывает их при заражении. Во многих случаях он вызывает долговременную инфекцию печени, медленно повреждая ее в течение десятилетий — до тех пор, пока не разовьется цирроз печени и / или рак. «Он известен как« тихий убийца », — сказал Ло.
Дорогая и рискованная трансплантация печени часто является единственным способом спасти жизнь пациента. Некоторые противовирусные препараты полезны для лечения и даже излечения хронической инфекции ВГС, но более эффективные из них чрезвычайно дороги, и большинство людей, инфицированных ВГС, даже не знают, что они инфицированы и нуждаются в лечении.
Вакцина против ВГС может положить конец глобальной пандемии, предотвратив появление новых инфекций. «Его можно давать людям, когда они молоды и здоровы, и им никогда не придется беспокоиться о развитии заболеваний печени, связанных с ВГС», — сказал Уорд.Однако, как и ВИЧ и некоторые другие вирусы, HCV использует несколько эффективных контрмер, чтобы уклониться от иммунной системы.
К ним относятся быстро мутирующие области белка E2, которые гарантируют, что антитела к одному штамму HCV обычно неэффективны против других штаммов. Белок E2 также покрывается относительно устойчивыми к антителам молекулами сахара.Чтобы победить эти вирусные контрмеры, ученые хотели «увидеть» атомную структуру высокого разрешения HCV, особенно E2 и его сайт связывания рецептора CD81, который не сильно меняется от штамма к штамму.
В последние годы лаборатория Лоу и другие выделили антитела, которым удается захватить эту относительно консервативную область E2, тем самым блокируя инфекционность большой фракции штаммов ВГС. В принципе, вакцина, которая побуждает организм вырабатывать аналогичные антитела, могла бы эффективно и дешево иммунизировать людей против большей части их риска инфицирования ВГС.Непослушный E2Но точно имитировать эти связывающие антитела сайты в вакцине означает сначала определить их структуры с высоким разрешением, что было трудно даже попытаться. «Обычно, если вы пытаетесь экспрессировать белок E2 в культивируемых клетках, вы либо не можете экспрессировать его в полезных количествах, либо можете, но он агрегируется и превращается в большой беспорядок», — сказал Леопольд Конг, научный сотрудник лаборатории Уилсона, который был ведущий автор исследования.
За последние несколько лет Конг и его коллеги провели десятки экспериментов, чтобы найти правильный способ модификации E2 — достаточного для того, чтобы белок не агрегировался так легко, а также для сохранения сайтов связывания антител. Это позволит белку быть достаточно растворимым и чистым, чтобы вырастить кристаллы и определить его структуру с помощью метода, известного как рентгеновская кристаллография. «Это было титаническое усилие», — сказал Уорд. «Это один из самых сложных и нестабильных белков оболочки вируса».В конце концов, команде удалось использовать слегка измененную версию E2 — ядро ??E2 — с удаленными некоторыми его гликанами (молекулами сахара) и внешними переменными и стеблевыми сегментами. Затем ученые смогли получить структуру белка с высоким разрешением, когда он был связан с известным широко нейтрализующим антителом, разработанным в TSRI.
Затем ученые создали изображение более полной версии E2 с помощью электронной микроскопии, чтобы расширить структурную модель.Когда наконец выяснилось, что структура E2 удивила исследователей. «Считалось, что E2 вируса гепатита C принадлежит к семейству вирусных слитых белков, называемых слитными белками класса 2, которые включают, например, оболочечные белки вирусов Западного Нила и денге», — сказал Конг. «Но мы показали, что E2 структурно отличается и, вероятно, работает иначе, чем предполагалось».
Основываясь на новых структурных данных, Ло и его коллеги из TSRI уже разрабатывают и тестируют новые антителостимулирующие компоненты будущей вакцины против ВГС. «Наличие структуры E2, безусловно, помогло нам, — сказал Ло.