Исследователи определили первые подробные молекулярные изображения фрагмента шиповидного белка, который вирус атипичной пневмонии использует для захвата клеток-хозяев и инициирования первых стадий инфекции. Структура, которая показывает, как шиповидный белок захватывает свой рецептор, может помочь ученым узнать новые подробности о том, как вирус заражает клетки. Эта информация также может быть полезна для выявления потенциальных слабых мест, которые могут быть использованы в новых противовирусных препаратах или вакцинах.
Коронавирус SARS (тяжелый острый респираторный синдром) стал причиной всемирной вспышки в 2002-2003 годах, которая затронула более 8 000 человек и убила 774 человека, прежде чем ее удалось взять под контроль. Эксперты в области общественного здравоохранения обеспокоены новой вспышкой вируса, источником которого являются животные, такие как циветты.
Исследовательская группа, возглавляемая исследователем Медицинского института Говарда Хьюза Стивеном С. Харрисоном из Детской больницы и Гарвардской медицинской школы, и его коллегой Майклом Фарзаном, также из Гарвардской медицинской школы, сообщила о своих выводах в выпуске журнала от 16 сентября 2005 г. журнал Наука. Ведущий автор Фанг Ли из лаборатории Харрисона и Вэньхуэй Ли из лаборатории Фарзана также участвовали в исследовании.
По словам Харрисона, до этих исследований исследователи знали, что один из ключевых этапов инфицирования атипичной пневмонией происходит, когда шиповидный белок вируса прикрепляется к рецептору на поверхности клеток-мишеней. Присоединение шиповидного белка позволяет вирусу сливаться с клеткой-хозяином и вводить свою РНК для заражения клетки.
Детальное понимание того, как шиповидный белок образует комплексы с его рецептором, ACE2 (ангиотензинпревращающий фермент 2), может иметь важное клиническое значение.«Интерес к пониманию этого комплекса связан с тем фактом, что этот вирус передается от животных к людям, латерально между людьми и в некоторых случаях от животных к людям, но без последующей передачи от человека к человеку», - сказал Харрисон. «И мы знаем, что эти пути передачи зависят от специфических мутаций в белке спайка, которые влияют на взаимодействие спайка с рецептором..
«Одной из критических проблем при эпидемии атипичной пневмонии было бы предсказать, будет ли данный вариант вируса переходить из одного вида в другой или перемещаться латерально от одного человека к другому. Понимание структуры этого комплекса поможет нам понять, что эти мутации в шиповидном белке означают с точки зрения инфекционности», - сказал Харрисон.
По словам Харрисона, Фарзан и его коллеги заложили научную основу для определения структуры комплекса шип-ACE2. В 2003 году Фарзан'стим обнаружил, что белок ACE2 является рецептором вируса атипичной пневмонии. Они также идентифицировали специфический фрагмент шиповидного белка, который участвует в прикреплении вируса.
В результате этих исследований исследователи в лабораториях Харрисона и Фарзана смогли сосредоточить свои усилия на создании кристаллов соответствующих фрагментов шиповидного белка в комплексе с рецептором ACE2. После кристаллизации белкового комплекса кристаллы затем подвергали структурному анализу с использованием рентгеновской кристаллографии. В этом широко используемом методе рентгеновские лучи направляются через кристаллы апротеина. Полученная дифракционная картина анализируется для определения атомной структуры исследуемого белка или белкового комплекса.
«Рентгеновская структура показала, что фрагмент шиповидного белка имеет слегка вогнутую поверхность, которая соответствует комплементарной поверхности на рецепторе», - сказал Харрисон. Он отметил, что в самом взаимодействии нет ничего удивительного. Тем не менее, исследования выявили важную новую информацию о двух специфических аминокислотах в шиповидном белке. Это были аминокислоты, которые Фарзан и его коллеги ранее определили как наиболее важные для определения того, как вирус атипичной пневмонии адаптировался от заражения только цивет к заражению людей.
«Обе эти критически важные аминокислоты оказались прямо посередине интерфейса между спайковым белком и рецептором», - сказал Харрисон. Таким образом, структура раскрывает детали того, как даже небольшие мутации в гене шиповидного белка, которые изменяют идентичность аминокислот в этих участках, могут повлиять на способность вируса заражать людей. он связывается с рецептором ACE2, объяснил Харрисон. В частности, по его словам, новая структура показывает, как мутация в одном из двух участков может позволить вирусу атипичной пневмонии животных заражать людей, но сама по себе эта мутация, по-видимому, не делает возможным последующую передачу от человека к человеку.
«Наблюдение состоит в том, что драматические эпидемиологические различия могут быть результатом того, что выглядит как почти тривиальная мутация», - сказал Харрисон. «Эти результаты дают нам начальную информацию, необходимую - если бы был выделен новый вирус - для прогнозных предположений об инфекционности, чтобы мы могли лучше заблаговременно предупреждать.”
Он также отметил, что лабораторные исследования показывают, что фрагмент шиповидного белка, который они использовали, может стать основой вакцины против атипичной пневмонии, поскольку он, по-видимому, распознается иммунной системой хозяина.
В будущих исследованиях Харрисон и его коллеги планируют изучить этапы, которые происходят после того, как шиповидный белок прикрепляется к рецептору. Исследователи знают, что шиповидный белок претерпевает конформационные изменения, которые позволяют вирусу сливаться с клеткой-хозяином.
«Когда происходят конформационные изменения, это дает вам возможность изучить возможности противовирусной терапии», - сказал Харрисон. «Когда у вас есть две конформационные структуры, вы можете подумать о том, как предотвратить заражение, подавляя переход из одного состояния в другое».