اخبار علمی
روش تصویربرداری جدید جزئیات بی سابقه ای از سپر قندی HIV نشان می دهد.
دانشمندان Scripps Research و آزمایشگاه ملی لوس آلاموس روشی را برای نقشه برداری با جزئیات بی سابقه از انبوه مولکولهای قند لغزنده که به محافظت از اچ آی وی از سیستم ایمنی بدن کمک می کند ، ابداع کرده اند. نقشه برداری از این سپرها ، درک کامل تری را برای محققان در مورد چرایی واکنش آنتی بادی ها به برخی از نقاط ویروس ایجاد می کند اما برخی دیگر ، ممکن است به طراحی واکسن های جدیدی منجر شود که آسیب پذیرترین و در دسترس ترین مکانهای HIV و ویروس های دیگر را هدف قرار دهند.
مولکول های قند ، یا “گلیکان” ، سست و رشته ای هستند و به عنوان محافظ عمل می کنند زیرا برای گرفتن آنتی بادی دشوار است و دسترسی به سطح پروتئین را مسدود می کند. این سپرها در خارجی ترین پروتئین های اسپایک HIV و بسیاری از ویروس های دیگر از جمله SARS-CoV-2 ، ویروس کرونا که عامل COVID-19 است ، تشکیل می شوند ، زیرا این ویروس ها در پروتئین های اسپایک خود تکامل یافته اند که در آن مولکول های گلیکان – که به طور معمول در سلول ها زیاد است – به طور خودکار پیوست می شود.
همان انعطاف پذیری مواج که این مولکول ها قندی را در برابر آنتی بادی ها مقاوم می کند ، گرفتن آنها با استفاده از تصویربرداری سنتی در مقیاس اتمی را برای محققان غیرممکن کرده است. در مطالعه جدید ، که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم به چشم می خورد ، دانشمندان تکنیک هایی را توسعه دادند که برای اولین بار ، اجازه می دهد تا این مولکولهای دست نیافتنی با جزئیات کامل روی سطح پروتئین اسپایک HIV ، معروف به ” Env ” نقشه برداری شوند.
محققان یک روش تصویربرداری در مقیاس اتمی به نام میکروسکوپ الکترونی-برقی (cryo-EM) را با مدل سازی پیشرفته رایانه ای و یک روش شناسایی مولکول به نام طیف سنجی جرمی اختصاصی سایت ترکیب کردند. Cryo-EM برای ایجاد یک تصویر واضح به طور متوسط به ده ها یا صدها هزار عکس فوری متکی است ، بنابراین مولکول های بسیار انعطاف پذیر مانند گلیکان ها در صورت ظاهر شدن ، فقط به عنوان یک تیرگی ظاهر می شوند. اما محققان با ادغام Cryo-EM با سایر فن آوری ها توانستند این سیگنال گلیکان از دست رفته را بازیابی کرده و از آن برای نقشه برداری از نقاط آسیب پذیر سطح Env استفاده کنند.
رویکرد ترکیبی جدید، ساختار و ماهیت پویای گلیکان ها را با جزئیات بسیار زیاد نشان داد و به تیم کمک کرد تا درک بهتری از تأثیر این پویایی های پیچیده بر ویژگی های مشاهده شده در نقشه های Cryo-EM داشته باشد. از این اطلاعات فراوان ، این تیم مشاهده کرد که گلیکانهای منفرد فقط به طور تصادفی روی سطح پروتئین اسپایک نمی چرخند ، همانطور که قبلا تصور می شد ، بلکه به صورت دسته ای جمع می شوند. برندسن می گوید: “تعداد زیادی گلیکان وجود دارد که به نظر می رسد با هم حرکت می کنند و با هم تعامل دارند.” “در بین این میکرو دامنه های گلیکان جایی است که آنتی بادی ها ظاهراً فرصت اتصال دارند.”
واکسن های آزمایشی HIV بر پایه پروتئین های Env اصلاح شده و سنتزشده در آزمایشگاه ، پاسخ های آنتی بادی را استخراج میکنند. در اصل ، تأثیر این واکسن ها تا حدی به موقعیت و میزان گلیکان های محافظ روی این پروتئین های ویروسی ساخته شده در آزمایشگاه بستگی دارد. بنابراین ، برندسن و همکارانش از روش خود برای ترسیم گلیکان ها بر روی پروتئین ویروس شده HIV Env BG505 SOSIP.664 ، استفاده کردند که در واکسن HIV که در حال حاضر در آزمایش های بالینی مورد ارزیابی قرار می گیرد ، استفاده می شود.
برنزن می گوید: “ما در سطح این پروتئین لكه هایی یافتیم كه به طور معمول با گلیكان پوشانده می شود – و این ممكن است توضیح دهد كه چرا پاسخ های آنتی بادی به آن محل در آزمایشات واكسیناسیون مشاهده شده است.”
این یافته و سایر تحقیقات نشان داد که محافظ گلیکان Env بسته به نوع سلول مورد استفاده برای تولید آن می تواند متفاوت باشد. در عفونت های اچ آی وی در انسان ، ویروس از سلول های ایمنی بدن انسان به عنوان کارخانه برای تکثیر پروتئین های خود استفاده می کند. اما پروتئین های ویروسی که برای ساخت واکسن به طور معمول استفاده می شوند ، در انواع دیگر سلول های پستانداران تولید می شوند.
در یک کشف غافلگیرکننده دیگر ، این تیم مشاهده کرد که وقتی آنها از آنزیم ها استفاده کردند تا گلیکان ها را به آرامی از HIV Env پاک کنند ، کل پروتئین از بین می رود. برنزن و همكارانش گمان می كنند كه محافظ گلیكان Env كه صرفاً دفاعی در برابر آنتی بادی در نظر گرفته شده است ، ممكن است در كنترل فرم Env و پایداری آن نقش داشته باشد و آن را برای عفونت آماده نگه دارد.
این تیم انتظار دارد که روش های جدید نقشه برداری از گلیکان به ویژه در طراحی و تولید واکسن ها – و نه فقط برای اچ آی وی – مفید باشد. محققان می گویند بسیاری از این تکنیک ها می توانند مستقیماً روی ویروسهای دیگر محافظت شده از گلیکان مانند ویروس های آنفلوانزا و کرونا ویروس ها اعمال شوند و در برخی از سرطان ها که گلیکان ها در آنها نقش اساسی دارد نیز قابل گسترش است.
