Ученые раскрыли секреты семейства смертельных вирусов

Впервые ученые из Исследовательского института Скриппс (TSRI) определили структуру биологического механизма, который распространенный вирус использует для распознавания и атаки клеток человека-хозяина.

Новая структура дает ученым первое представление о гликопротеине вируса лимфоцитарного хориоменингита (LCMV), присутствующего на всех континентах, кроме Антарктиды. Исследование не только раскрывает важные черты LCMV, но и указывает на возможные мишени для лекарств у его близкого родственника — вируса Ласса.

"LCMV десятилетиями был маяком, освещавшим иммунологию и вирусологию", — сказала профессор TSRI Эрика Оллманн Сафир. "Эта структура дает недостающую дорожную карту для понимания того, как защититься от его чрезвычайно смертоносного кузена, вируса Ласса".

Исследование было опубликовано 25 апреля 2016 года в журнале Nature Structural & Molecular Biology.

Недостающий элемент пазла

LCMV — это вирус, переносимый грызунами, который редко вызывает заметные симптомы у людей, хотя может прогрессировать до опасного отека мозга и спинного мозга у пациентов с иммунодефицитом и вызывать врожденные дефекты при заражении во время беременности.

На протяжении многих лет вирус служил инструментом для понимания того, как организм реагирует на вирусные инфекции. "LCMV был экспериментальным вирусом, который пролил свет на большую часть того, что мы понимаем об иммунологии и вирусологии", — сказала Сафир. Эти исследования включали работу в лаборатории Фрэнка Диксона в зарождающемся Фонде клиники и исследований Скриппс.

Профессор TSRI Майкл Олдстоун, соавтор нового исследования, провел большую часть этой основополагающей работы по LCMV и давно признал сходство LCMV с вирусом Ласса, который выглядит идентично под электронным микроскопом и имеет 65% идентичности в гене гликопротеина. Однако Ласса — гораздо более смертельное заболевание, вызывающее тысячи смертей каждый год.

Хотя LCMV является критически важным исследовательским инструментом, за последние 80 лет ученым не хватало важного элемента головоломки: структурного понимания белков, которые LCMV использует для инициации инфекции.

Тающее мороженое в рожке

Определение этой структуры заняло 10 лет и привело к интересным выводам о членах семейства аренавирусов — и о том, как их остановить.

Для исследования ученые из лаборатории Сафир использовали метод рентгеновской кристаллографии для создания трехмерных моделей вирусного механизма, называемого поверхностным гликопротеином, который LCMV использует для слияния с клетками хозяина. Построение моделей потребовало от ученых скрининга сотен кристаллов, пока они не нашли один, достаточно стабильный для получения необходимых данных.

Когда команда наконец определила структуру, она показала, что поверхностный гликопротеин состоит из двухчастного "димера". Димер состоит из двух идентичных комплексов, направленных в противоположные стороны — "Это как инь и ян", — сказала Сафир.

Две белковые субъединицы составляют каждый комплекс. Одна субъединица, обозначенная как GP1, прикрепляется к клетке, которую нужно заразить. Другая субъединица, называемая GP2, служит механизмом заражения, запуская процесс, посредством которого вирус сливается с клеткой и захватывает ее для собственных целей.

Исследователи сравнили каждый комплекс с рожком мороженого: GP1 формирует шарик мороженого, а GP2 — рожок, который его держит. Затем по боку рожка стекает длинная капля (N-концевой участок GP1).

"Эта структура чрезвычайно важна в научном плане, потому что это первая до-фузионная структура для любого гликопротеина аренавируса", — сказала старший научный сотрудник TSRI Кэтрин Хейсти, со-первый автор исследования вместе с Себастьяном Игонет, ранее работавшим в TSRI, а теперь в CALIXAR.

Недостающее звено

Новый взгляд на вирус принес большие сюрпризы. Во-первых, димер показал, что структура LCMV является своего рода "недостающим звеном" между двумя классами вирусов.

Вирусы класса I, такие как ВИЧ, имеют трехчастную "тримерную" структуру, формирующую их механизм слияния, в то время как вирусы класса II, такие как денге, имеют более округлый белковый покров, покрывающий весь вирус.

Димер LCMV лежит плоско, как белки класса II, но, вероятно, позже привлекает третью субъединицу, создавая тример, подобный классу I.

"У него есть движущиеся части", — объяснила Сафир. Она добавила, что теперь LCMV выглядит так, как будто он находится между вирусами класса I и класса II, что делает эту структуру возможным "ископаемым" промежуточного эволюционного процесса.

В работе, возглавляемой биологом TSRI Брайаном Салливаном, исследователи изучили, как LCMV собирается и взаимодействует с клетками. Добавляя отдельные мутации в гены поверхностного гликопротеина LCMV, исследователи идентифицирова пять белковых "остатков", необходимых вирусу для связывания с клетками хозяина.

Эти эксперименты также показали, что, хотя димер является лишь стадией жизненного цикла LCMV, это особенно критическая стадия. Нарушение димерной структуры предотвращает рост вируса.

Что это значит для вируса Ласса

Исследователи заявили, что эти результаты проливают свет на то, как эта вирусная машина движется и вращается во время заражения — действие, которое можно блокировать с помощью лекарств и антител.

Новое исследование также поднимает вопросы о степени сходства между Ласса и LCMV. Может ли димерная структура быть особенностью LCMV или это общая черта?

"Эта информация, а также структура комплекса GP1-GP2 будут иметь решающее значение при разработке коктейлей антител для лечения лихорадки Ласса", — сказала Хейсти.