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科学家们设计了一种方法以前所未有的细节揭示出HIV的糖盾

发布日期:2020-10-26 15:32:26浏览量:

斯克里普斯研究中心和洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家们设计了一种方法,以前所未有的细节描绘出帮助保护艾滋病病毒免受免疫系统感染的滑糖分子的灌木丛。

绘制这些盾牌图将使研究人员更全面地了解为什么抗体会对病毒上的某些部位产生反应,而对其他部位则没有反应,并可能形成针对艾滋病毒和其他病毒上最易受攻击和最易接触的部位的新疫苗的设计。

糖分子,或称“糖聚糖”,是松散和严格的,并作为盾牌,因为他们是很难抓住和阻止抗体进入蛋白质表面。盾牌形成在艾滋病病毒和其他许多病毒的最外层的尖峰蛋白上,包括导致新冠肺炎的冠状病毒SARS-CoV-2,因为这些病毒已经进化出它们的尖峰蛋白上的位置,在那里,糖链分子(通常是细胞中的丰富分子)会自动附着。

该研究的主要作者Zachary Berndsen博士说:“我们现在有了一种方法来捕捉这些不断波动的糖聚糖盾牌的完整结构,这在很大程度上决定了抗体能和不能与HIV等病毒结合的地方。”他是斯克里普斯研究教授安德鲁·沃德博士的结构生物学实验室的博士后研究员。

同样的波纹弹性使得这些糖类分子抵抗抗体,使得研究人员不可能用传统的原子尺度成像来捕捉它们。在新的研究中,它出现在国家科学院会议记录科学家们第一次开发了技术,使这些难以捉摸的分子能够在被称为“Env”的艾滋病病毒尖峰蛋白表面进行详细的定位。

斯克里普斯研究小组与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家Gnana Gnanakaran博士进行了合作,该实验室配备了高性能的计算资源,为建立糖聚糖模型提供了新的方法。

研究人员将一种名为冷电子显微镜(cryo-emm)的原子尺度成像方法与复杂的计算机模型和一种名为定点质谱的分子识别技术相结合。冷冻-EM依靠平均数以万计的单个快照来创建清晰的图像,因此像糖罐这样的高度灵活的分子只有在它们出现的时候才会以模糊的形式出现。

但是,通过将cryo-EM与其他技术相结合,研究人员能够恢复丢失的糖聚糖信号,并将其用于绘制Env表面脆弱点的地图。

“这是冷电磁第一次与计算模型一起用原子细节来描述病毒的屏蔽结构,”洛斯阿拉莫斯国家实验室Gnanakaran实验室的共同作者兼博士后研究员Srirupa Chakraborty博士说。

新的组合方法揭示了糖聚糖的结构和动态性质的极端细节,并帮助小组更好地理解这些复杂的动力学如何影响观察到的特点在冷冻-EM地图。从这些丰富的信息中,研究小组观察到,每个人的糖罐并不像人们曾经认为的那样,只是在穗蛋白表面随意地摆动,而是成群地和灌木丛聚集在一起。

伯恩德森说:“有一些糖罐似乎在一起移动和相互作用。”“在这些糖基微区之间,抗体显然有机会结合。”

实验性HIV疫苗依赖于实验室制造的经过修饰的Env蛋白来诱导抗体应答.原则上,这些疫苗的有效性在一定程度上取决于这些实验室制造的病毒蛋白上屏蔽糖聚糖的位置和程度。因此,Berndsen和他的同事将他们的方法应用于修饰的HIV Env蛋白BG 505 SOSIP.664上,该蛋白被用于目前正在临床试验中评估的HIV疫苗。

伯恩德森说:“我们在这种蛋白质表面发现了一些斑点,这些斑点通常会被糖聚糖覆盖,但却没有--这可能解释了为什么疫苗试验中已经注意到了对该部位的抗体反应。”

这一发现和其他在研究中的发现表明,Env的糖链屏蔽可能会因细胞类型的不同而有所不同。在人类感染艾滋病毒的过程中,病毒利用人类免疫细胞作为复制其蛋白质的工厂。但是用于制造疫苗的病毒蛋白通常是在其他类型的哺乳动物细胞中产生的。

在另一个令人惊讶的发现中,研究小组发现,当他们用酶慢慢地从HIV环境中去除糖聚糖时,整个蛋白质开始分解。Berndsen和他的同事们怀疑Env的甘露聚糖屏蔽被认为仅仅是抵抗抗体的一种防御手段,它也可能在控制Env的形状和稳定性,使其随时被感染方面发挥作用。

研究小组预计,他们的新的甘氨酸定位方法将在疫苗的设计和开发中特别有用--而不仅仅是针对艾滋病病毒。研究人员说,许多技术可以直接应用于其他受糖胶保护的病毒,如流感病毒和冠状病毒,也可以推广到某些糖聚糖发挥关键作用的癌症。
 

转自:腾讯网