Powszechnie wiadomo, że przeciwciała neutralizują wirusy, przyczepiając się do ich powierzchni i blokując je przed infekowaniem komórek gospodarza. Jednak nowe badania pokazują, że ta metoda barierowa nie jest jedynym sposobem, w jaki przeciwciała dezaktywują wirusy. Międzynarodowy zespół naukowców kierowany z Penn State odkrył, że przeciwciała również zniekształcają wirusy, uniemożliwiając im w ten sposób prawidłowe przyleganie do komórek i wchodzenie do nich.
W badaniu, które zostało opublikowane w Internecie dzisiajw czasopiśmie Cell, Ganesh Anand, profesor chemii w Penn State i jego koledzy zbadali interakcje między ludzkim przeciwciałem monoklonalnym (HMAb) C10 a dwoma chorobotwórczymi wirusami: Zika i denga. Stosowane przez nich przeciwciała HMAb C10 zostały wcześniej wyizolowane od pacjentów zakażonych wirusem dengi i wykwiazano również, że neutralizują wirusa Zika. Naukowcy wykorzystali kombinację technik, w tym kriogeniczną mikroskopię elektronową (cryo-EM) do wizualizacji wirusów oraz spektrometrię mas wymiany wodoru/deuteru (HDXMS), aby zrozumieć ich ruch. „Cryo-EM polega na szybkim zamrażaniu roztworu zawierającego interesujące molekuły, a następnie nakierowaniu na nie elektronów w celu wygenerowania licznych obrazów pojedynczych molekuł w różnych orientacjach” – wyjaśnił Anand. „Te obrazy są następnie integrowane w jedną migawkę tego, jak wygląda cząsteczka. Technika zapewnia znacznie dokładniejsze obrazy cząsteczek niż inne formy mikroskopii”. Aby udokumentować wpływ przeciwciał na wirusy Zika i denga, zespół zebrał migawki wirusów krio-EM w warunkach wzrastających stężeń przeciwciał. Równolegle zespół zastosował HDXMS - technikę, w której cząsteczki będące przedmiotem zainteresowania – w tym przypadku wirus Zika i denga, wraz z przeciwciałami HMAb C10 – są zanurzane w ciężkiej wodzie. Anand wyjaśnił, że w ciężkiej wodzie atomy wodoru zastąpiono deuterem, cięższym izotopowym kuzynem wodoru „Kiedy zanurzysz wirusa w ciężkiej wodzie, atomy wodoru na powierzchni wirusa wymieniają się z deuterem” – powiedział. „Następnie można użyć spektrometrii mas, aby zmierzyć ciężkość wirusa w funkcji tej wymiany deuteru. Robiąc to, zaobserwowaliśmy, że wirus dengi, ale nie wirus Zika, stał się cięższy od deuteru, gdy do roztworu dodano więcej przeciwciał. Sugeruje to, że w przypadku wirusa dengi, że przeciwciała zniekształcają wirusa i pozwalają na przedostanie się większej ilości deuteru. To tak, jakby wirus został zgnieciony i odsłonięta została większa jego powierzchnia, na której można wymienić wodór na deuter. W przeciwieństwie do niego wirus Zika nie stał się cięższy po umieszczeniu w ciężkiej wodzie, co sugeruje, że jego powierzchnia, chociaż w pełni zajęta przez przeciwciała, nie jest przez nie zniekształcana. Anand wyjaśnił, że łącząc krio-EM i HDXMS, zespół był w stanie uzyskać kompleksowy obraz tego, co dzieje się, gdy przeciwciała przyczepiają się do wirusów Zika i dengi.
Profesor zauważył, że fakt, iż im więcej przeciwciał zostało dodanych, tym bardziej zniekształcone były cząstki wirusa dengi, sugeruje, że stechiometria – związek między ilością reagentów a produktami przed, w trakcie i po reakcji chemicznej ma znaczenie. „Nie wystarczy mieć obecne przeciwciała” – powiedział. W rzeczywistości zespół odkrył, że w warunkach nasycenia, w których przeciwciała były dodawane w wystarczająco wysokich stężeniach, aby wypełnić wszystkie dostępne miejsca wiązania na wirusach dengi, 60% powierzchni wirusa uległo zniekształceniu. To zniekształcenie wystarczyło do ochrony komórek przed infekcją. „Jeśli masz wystarczającą ilość przeciwciał, zniekształcą one cząsteczkę wirusa na tyle, że zostanie ona prewencyjnie zdestabilizowana, zanim dotrze do komórek docelowych” – powiedział Anand. Rzeczywiście, kiedy naukowcy inkubowali wirusy dengi związane z przeciwciałami z komórkami BHK-21, linią komórkową z nerek młodych chomików, która jest często wykorzystywana w badaniach nad infekcjami wirusowymi, odkryli, że zainfekowanych zostało 50-70% mniej komórek.
W jaki sposób przeciwciała zniekształcają cząsteczki wirusa dengi?
Anand wyjaśnił, że w przeciwieństwie do znanego już SARS-CoV-2, w którym białka kolczaste wystają we wszystkich kierunkach, powierzchnie Zika i dengi są gładsze ze szczytami i dolinami. Anand zauważył, że w przypadku wirusa dengi przeciwciała szczególnie preferują wiązanie „szczytów” znanych jako 5-krotne wierzchołki. Gdy wszystkie białka na 5-krotnych wierzchołkach zostaną związane, przeciwciała przejdą do swoich drugich ulubionych pików - 3-krotnych wierzchołków. Na koniec zostają im tylko dwukrotne wierzchołki. Przeciwciała nie lubią podwójnych wierzchołków, ponieważ są bardzo ruchome i trudno się z nimi powiązać” – powiedział Anand.
A co z innymi wirusami?
Anand powiedział, że strategia zniekształceń, którą odkrył jego zespół, może być wykorzystywana przez przeciwciała również w konfrontacji z innymi typami wirusów. „Denga jest tylko modelowym wirusem, którego używaliśmy w naszych eksperymentach, ale uważamy, że ta zapobiegawcza strategia destabilizacji może mieć szerokie zastosowanie w przypadku każdego wirusa” – powiedział. „Być może przeciwciała najpierw próbują zneutralizować wirusy za pomocą metody barierowej, a jeśli się nie powiedzie, uciekają się do metody zniekształcania”. Odkrycia mogą być przydatne w projektowaniu przeciwciał terapeutycznych. „Przeciwciała HMAb C10 są specyficzne dla wirusów denga i Zika i potrafią neutralizować wirusy Zika i denga na dwa różne sposoby” – powiedział. „Ale można potencjalnie zaprojektować leki o takich samych możliwościach leczenia innych chorób, takich jak COVID-19. Tworząc lek z przeciwciałami, które mogą zarówno blokować, jak i zniekształcać wirusy, możemy prawdopodobnie osiągnąć większą neutralizację”.
Badania te były wspierane przez National Research Foundation of Singapore, Ministerstwo Zdrowia Singapuru i Penn State.
Bibliografia:
Źródło grafiki: pixabay.com
Więcej komentarzy...