- 20,139
- 44
- 8 Ноя 2022
В человеческом геноме нашли вирусные «пружины», которые могут запускать болезни.
В человеческом геноме сохранились следы древних вирусных инфекций: около восьми процентов ДНК составляют фрагменты эндогенных ретровирусов, встроившихся в наследственный материал предков. Обычно они остаются неактивными, но их биологическая значимость от этого не уменьшается. Учёные из Института иммунологии Ла-Хойи впервые получили детальный трёхмерный портрет ключевого белка одного из наиболее активных представителей этого семейства — HERV-K. Статья опубликована в Science Advances и стала редким событием для структурной биологии: впервые решена структура человеческого белка HERV, и это лишь третий оболочечный гликопротеин ретровирусов с полной моделью после вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) и вируса иммунодефицита обезьян.
Объектом исследования стал Env — поверхностный гликопротеин оболочки, который у древнего ретровируса обеспечивал слияние с клеткой-хозяином и запуск инфицирования. У современных людей тот же белок выявляется на мембранах опухолевых клеток, а также у пациентов с аутоиммунными и нейродегенеративными заболеваниями. Такой профиль делает молекулу естественной мишенью для диагностических тестов и перспективным адресатом в иммунотерапии, где важно отличать патологическую ткань от нормальной.
Главная трудность заключалась в поведении самой молекулы. Оболочечные белки ретровирусов устроены как пружина, способная мгновенно переходить из дофузионного в постфузионное состояние. Достаточно малейшего воздействия, и белок раскрывается, оставляя исследователей без нужной формы. Команда LJI внесла точечные аминокислотные замены, которые стабилизировали критические участки и зафиксировали Env в дофузионной конфигурации без искажения естественной геометрии. Этот приём ранее использовали для белков вирусов Эбола и Ласса. В дополнение был подобран набор специфичных антител, «пришпиливающих» различные варианты молекулы и упрощающих визуализацию.
Стабилизированные конструкции изучили с помощью криоэлектронной микроскопии высокого разрешения. Были получены трёхмерные изображения HERV-K Env в трёх состояниях: в конфигурации, характерной для экспрессии на поверхности клетки; в переходной фазе запуска слияния; и в комплексе с антителами. Такой набор дал не только статический слепок, но и представление о перемещениях доменов, отвечающих за начальный этап инфицирования и за формирование эпитопов, которые распознаёт иммунная система.
Сравнение с другими ретровирусными оболочками показало неожиданную архитектуру. Env HERV-K формирует тример, но его строение заметно отличается от тримеров ВИЧ и ВИО. Это высокая, стройная конструкция с уникальной «складкой» — сочетанием спиралей и β-участков, формирующих рабочий механизм, — которая не совпадает с известными моделями. Такая особенность важна не только ради сравнения: она указывает на новые уязвимые места для антител, помогает точнее картировать эпитопы и показывает, какие мутации стоит закладывать при создании иммуногенов, диагностических реагентов и терапевтических молекул.
Клиническая перспектива прослеживается в распределении белка по тканям. Env HERV-K обнаруживается на клетках многих опухолей, включая рак молочной железы и яичников, тогда как в нормальных тканях он отсутствует. Отсюда вытекают два направления: диагностические тесты, где антитело к Env отличает злокачественные клетки, и иммунотерапия, в которой направленные молекулы связывают именно опухолевую популяцию. Реализовать задачу распознавания позволяет знание пространственной организации эпитопов — и теперь такая основа получена.
При системной красной волчанке и ревматоидном артрите клетки пациентов нередко экспрессируют Env, и иммунная система реагирует на это как на угрозу: B-клетки вырабатывают антитела против компонентов HERV-K, что усиливает воспаление. Ранее изучение такого ответа затруднялось отсутствием достоверной структуры и нехваткой качественных моноклональных антител. Теперь исследователи закрыли оба пробела, создав собственную панель иммуноглобулинов к разным субединицам и конформациям молекулы — от дофузионного состояния до комплексов с антителами.
Эти метки позволили детектировать HERV-K Env на нейтрофилах из образцов пациентов с волчанкой и ревматоидным артритом, тогда как у здоровых доноров сигналов не наблюдалось. Такая селективность важна для тестов, где ложные срабатывания недопустимы, и для клинического мониторинга, когда необходимо отслеживать динамику атипичной экспрессии на фоне терапии.
Интерес к эндогенным ретровирусам растёт: всё больше исследований связывают появление Env с различными патологиями. Точная структура превращает эти наблюдения в управляемую программу — от выбора заболевания до разработки диагностических наборов и адресных вмешательств. Вирусное наследие в человеческой ДНК перестаёт быть абстрактной статистикой и становится инструментом для диагностики и терапии.
В человеческом геноме сохранились следы древних вирусных инфекций: около восьми процентов ДНК составляют фрагменты эндогенных ретровирусов, встроившихся в наследственный материал предков. Обычно они остаются неактивными, но их биологическая значимость от этого не уменьшается. Учёные из Института иммунологии Ла-Хойи впервые получили детальный трёхмерный портрет ключевого белка одного из наиболее активных представителей этого семейства — HERV-K. Статья опубликована в Science Advances и стала редким событием для структурной биологии: впервые решена структура человеческого белка HERV, и это лишь третий оболочечный гликопротеин ретровирусов с полной моделью после вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) и вируса иммунодефицита обезьян.
Объектом исследования стал Env — поверхностный гликопротеин оболочки, который у древнего ретровируса обеспечивал слияние с клеткой-хозяином и запуск инфицирования. У современных людей тот же белок выявляется на мембранах опухолевых клеток, а также у пациентов с аутоиммунными и нейродегенеративными заболеваниями. Такой профиль делает молекулу естественной мишенью для диагностических тестов и перспективным адресатом в иммунотерапии, где важно отличать патологическую ткань от нормальной.
Главная трудность заключалась в поведении самой молекулы. Оболочечные белки ретровирусов устроены как пружина, способная мгновенно переходить из дофузионного в постфузионное состояние. Достаточно малейшего воздействия, и белок раскрывается, оставляя исследователей без нужной формы. Команда LJI внесла точечные аминокислотные замены, которые стабилизировали критические участки и зафиксировали Env в дофузионной конфигурации без искажения естественной геометрии. Этот приём ранее использовали для белков вирусов Эбола и Ласса. В дополнение был подобран набор специфичных антител, «пришпиливающих» различные варианты молекулы и упрощающих визуализацию.
Стабилизированные конструкции изучили с помощью криоэлектронной микроскопии высокого разрешения. Были получены трёхмерные изображения HERV-K Env в трёх состояниях: в конфигурации, характерной для экспрессии на поверхности клетки; в переходной фазе запуска слияния; и в комплексе с антителами. Такой набор дал не только статический слепок, но и представление о перемещениях доменов, отвечающих за начальный этап инфицирования и за формирование эпитопов, которые распознаёт иммунная система.
Сравнение с другими ретровирусными оболочками показало неожиданную архитектуру. Env HERV-K формирует тример, но его строение заметно отличается от тримеров ВИЧ и ВИО. Это высокая, стройная конструкция с уникальной «складкой» — сочетанием спиралей и β-участков, формирующих рабочий механизм, — которая не совпадает с известными моделями. Такая особенность важна не только ради сравнения: она указывает на новые уязвимые места для антител, помогает точнее картировать эпитопы и показывает, какие мутации стоит закладывать при создании иммуногенов, диагностических реагентов и терапевтических молекул.
Клиническая перспектива прослеживается в распределении белка по тканям. Env HERV-K обнаруживается на клетках многих опухолей, включая рак молочной железы и яичников, тогда как в нормальных тканях он отсутствует. Отсюда вытекают два направления: диагностические тесты, где антитело к Env отличает злокачественные клетки, и иммунотерапия, в которой направленные молекулы связывают именно опухолевую популяцию. Реализовать задачу распознавания позволяет знание пространственной организации эпитопов — и теперь такая основа получена.
При системной красной волчанке и ревматоидном артрите клетки пациентов нередко экспрессируют Env, и иммунная система реагирует на это как на угрозу: B-клетки вырабатывают антитела против компонентов HERV-K, что усиливает воспаление. Ранее изучение такого ответа затруднялось отсутствием достоверной структуры и нехваткой качественных моноклональных антител. Теперь исследователи закрыли оба пробела, создав собственную панель иммуноглобулинов к разным субединицам и конформациям молекулы — от дофузионного состояния до комплексов с антителами.
Эти метки позволили детектировать HERV-K Env на нейтрофилах из образцов пациентов с волчанкой и ревматоидным артритом, тогда как у здоровых доноров сигналов не наблюдалось. Такая селективность важна для тестов, где ложные срабатывания недопустимы, и для клинического мониторинга, когда необходимо отслеживать динамику атипичной экспрессии на фоне терапии.
Интерес к эндогенным ретровирусам растёт: всё больше исследований связывают появление Env с различными патологиями. Точная структура превращает эти наблюдения в управляемую программу — от выбора заболевания до разработки диагностических наборов и адресных вмешательств. Вирусное наследие в человеческой ДНК перестаёт быть абстрактной статистикой и становится инструментом для диагностики и терапии.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
