28 de junho de 2016, Scripps Research Institute.
Quer parar as infecções por HIV? Obtenha um sistema imunológico que reconheceça e ataque a estrutura "tell-tale" do vírus.
Essa é parte da abordagem básica por trás dos esforços no The Scripps Research Institute (TSRI) para projetar uma vacina contra a AIDS. Esta estratégia pode depender de se encontrar novas formas de estabilizar proteínas chamadas antígenos de superfície HIV-1 e na concepção de tipo de partículas de HIV que solicitem ao organismo que combata o vírus real.
Agora dois novos estudos conduzidos por cientistas do TSRI avançam nesses esforços. O primeiro estudo descreve uma estratégia para estabilizar uma estrutura importante e, potencialmente, criar sósias de HIV para a produção de vacinas em larga escala. O segundo estudo usa nanopartículas como candidatas a vacinas, usando este novo conhecimento.
"Esta é uma grande realização em termos de engenharia e design", disse o biólogo do TSRI, Jiang Zhu.
Zhu co-liderou o primeiro estudo com Ian Wilson, professor Hansen de Biologia Estrutural e presidente do Departamento de Integrative Estrutural e Biologia Computacional na TSRI, e co-liderou o segundo com TSRI Associate Professor Andrew Ward.
Os resultados foram publicados 28 de junho de 2016 na revista Nature Communications.
Estabilização HIV
Na primeira publicação, Zhu e o pesquisador Leo Kong (a primeira autora do estudo agora no National Institutes of Health) construídos em estudos estruturais anteriores dos laboratórios Ward e Wilson para investigar uma característica chamada "metastability." Metastability descreve o estado de tensão do trímero glicoproteína do envelope de HIV (env) quando ele está preparado como uma mola para se submeter às mudanças dramáticas que permitem que o vírus entre nas células.
A metaestabilidade coloca um problema para os cientistas que querem criar uma imagem precisa desta meta viral e ver o que vai contra o sistema imunológico humano.
A metaestabilidade também fica no caminho natural da imunidade e produção de vacinas. Para que o sistema imunitário adaptativo trabalhe em ambos os casos, tem de reconhecer uma versão funcional, estável de proteínas de um vírus - uma espécie de mugshot - por isso podem produzir anticorpos e atacar o vírus real ao encontrá-lo.
Infelizmente, devido ao metastability do vírus, ou a tendência de mudança de forma, as estruturas de proteínas de HIV têm se provado difícil estabelecer sua utilização na concepção de uma vacina. Os grupos Ward e Wilson do TSRI determinaram previamente estruturas crio-EM e de raios-x para outras construções Env; No entanto, os métodos atuais para estabilizar Env em uma cepa de HIV não será necessariamente estabilizá-lo em outro, o que torna difícil projetar um arsenal de proteínas Env para ajudar a provocar "anticorpos amplamente neutralizantes", que poderiam lutar contra muitos tipos de HIV.
Para avançar o esforço de vacina, os pesquisadores TSRI queriam rastrear a causa raiz da metaestabilidade, e Jiang e Kong aventaram a hipótese de que alterar uma região-chave de Env iria melhorar as suas propriedades gerais.
Eles levantaram a hipótese de que uma região do Env chamado HR1 poderia ser ligado a metaestabilidade.
O HR1 basicamente se assemelha a um galho altamente dobrado que está pronto para saltar para trás em linha reta", disse Kong. "Esta pequena curva na região HR1 é provável o marco zero para a metaestabilidade. Em estruturas Env mais conhecidas, esta região parece desordenada quando mutado ou ligeiramente comprimido quando em sua forma nativa. A partir dessas observações, parecia razoável que a religação da curva HR1 muito possível estabilizaria Env. "
Com efeito, quando os cientistas mexeram na sequência genética do HIV, que eram capazes de encurtar a região HR1, impedindo a sua transformação e mantendo o resto da estrutura estável.
"Nós descobrimos uma das razões fundamentais pelas quais o HIV é meta-estável", disse Zhu.
Os investigadores demonstraram que, em seguida, os seus trímeros ENV estabilizados também imitaram quase perfeitamente a estrutura do trímero do verdadeiro HIV, sugerindo que eles podem ser úteis em vacinas. Desde a religação do HR1 que deve impedir Env de passar por suas necessárias mudanças que mudam para infectar as células, a estratégia de estabilização também poderia levar a proteína ou vacinas baseadas em DNA. Além disso, o trímero modificado também tem o potencial de ser produzido em quantidades razoavelmente grandes e em elevada pureza - considerações importantes na produção de vacinas em escala industrial.
Finalmente, uma vez que muitos vírus contêm proteínas Env metaestáveis com regiões HR1, esta abordagem de engenharia desenvolvida pela TSRI podem ser aplicáveis na concepção de vacinas contra outros agentes patogênicos virais, como a gripe e o vírus Ebola.
Os candidatos a nova vacina
No segundo estudo, os investigadores projetaram nanopartículas que poderiam imitar o HIV.
As partículas não são novas na concepção de uma vacina. Elas constituem a espinha dorsal de vacinas bem sucedidas contra o vírus do papiloma humano (HPV), hepatite B e hepatite E - "as vacinas humanas mais eficazes de todos os tempos," de acordo com Zhu.
Estas nanopartículas são chamados de partículas semelhantes a vírus (VLPs) e são cascas ocas de outras proteínas encontradas na natureza. Os cientistas descobriram que eles poderiam adicionar proteínas virais para o exterior da concha, a criação de um vírus falso. O impostor, em seguida, solicita que o organismo produza anticorpos para a proteção a longo prazo contra o vírus real.
Mas, como Zhu e seus colegas focada na criação de VLP do tipo HIV, o trímero Env, mais uma vez, apresentou um desafio.
O trímero é feito de três subunidades que se unem para formar uma base com uma forma de coroa no topo. A parte superior da coroa é, onde as pontas das três subunidades se comunicam.
Os cientistas descobriram que o sistema imunitário não pode produzir anticorpos amplamente neutralizantes quando uma vacina contém apenas uma parte do trímero. O sistema imunológico precisa ver proteínas de HIV intactas - também chamado de antígenos quando eles estimulam o sistema imune para criar anticorpos - no seu contexto nativo trimérico.
Para construir um vírus artificial, no novo estudo, os pesquisadores adicionaram trímeros de HIV a nanopartículas que naturalmente bloqueiam suas próprias subunidades juntas em grupos de três. Como as três subunidades vêm juntos, na hipótese dos investigadores, eles podem projetar os antígenos de HIV em conjunto para formar um trímero.
"Nossa idéia era junte um antígeno trimérico de HIV a uma subunidade de nanopartículas, por isso, quando as subunidades se 'auto-montarem', elas traram três antígenos ligados do HIV-1 em conjunto", disse Linling Ele, Staff Scientist do TSRI, que serviu como primeiro co-autor do estudo com Natalia de Val, pesquisadora do TSRI no momento do estudo.
Foi um feito de geometria e de engenharia - e funcionou. "Foi realmente um desafio manter Env do HIV adequadamente presente em nanopartículas, mantendo a sua forma trimérica natural - mas não fizemos isso", disse Zhu, "Várias cópias de Env agora são exibidas na superfície de nanopartículas, assim como o que um vírus real faria."
A equipe testou diferentes nanopartículas e versões do trímero, incluindo um baseado no Env estabilizado no primeiro estudo, para encontrar as melhores combinações. Seis projetos funcionaram bem em testes de laboratório e agora aguardam ensaios em modelos animais.
"Nós estamos fazendo de tudo para encontrar novas vacinas candidatas que induzam uma resposta protetora em humanos", disse Wilson."Os desafios daqui para frente são para entender como usar essas novas vacinas candidatas para induzir uma resposta de anticorpos amplamente neutralizantes de proteção e desenvolver os regimes adequados à iniciativa dessa resposta."
https://www.sciencedaily.com/releases/2016/06/160628182534.htm
CB
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