Самое детальное изображение ключевой части вируса гепатита C

Ученые из Научно-исследовательского института Скриппса (TSRI) получили самое детальное на сегодняшний день изображение критически важной части вируса гепатита C, которую вирус использует для заражения клеток печени. Новые данные выявили неожиданные структурные особенности этого белка и должны значительно ускорить усилия по созданию эффективной вакцины против гепатита C.

Результаты, опубликованные 29 ноября 2013 года в журнале Science, сосредоточены на белке, известном как гликопротеин оболочки E2.

"Мы взволнованы этим достижением", — сказал Ян А. Уилсон, профессор структурной биологии имени Хансена в TSRI и старший автор исследования. "Было очень трудно получить высокоразрешающую структуру E2, и потребовались годы кропотливой работы, чтобы наконец этого добиться".

Любая успешная вакцина против гепатита C, вероятно, будет нацелена на белок E2. Ученые уже выделили редкие антитела от пациентов, которые могут связываться с E2 таким образом, что нейтрализуют широкий спектр штаммов вируса.

"Нашей команде потребовалось шесть лет, чтобы решить эту очень сложную научную проблему, но мы не сдавались", — сказал Мансун Ло. "Теперь, когда мы можем визуализировать структурные детали этих сайтов связывания, мы можем создавать вакцинные молекулы, которые их имитируют".

Тихий убийца

Долгое время существовала острая необходимость в эффективной вакцине против вируса гепатита C. Когда-то ограниченный изолированными географическими регионами, вирус распространился по всему миру в XX веке, главным образом через переливание крови, нестерильные медицинские инструменты и повторно используемые шприцы. Хотя больницы проверяют препараты крови на вирус гепатита C (HCV) с начала 1990-х годов, считается, что в настоящее время до 200 миллионов человек являются его носителями. Среди них более 3 миллионов человек в США, где вирус ежегодно уносит больше жизней, чем ВИЧ.

HCV смог так широко распространиться, потому что при заражении обычно вызывает мало симптомов или не вызывает их вовсе. Во многих случаях он устанавливает долгосрочную инфекцию в печени, медленно повреждая ее в течение десятилетий — до развития цирроза и/или рака печени. "Его называют 'тихим убийцей'", — сказал Ло. Часто единственным способом спасти жизнь пациента является дорогая и рискованная пересадка печени. Некоторые противовирусные препараты полезны для лечения и даже излечения хронической инфекции HCV, но более эффективные из них чрезвычайно дороги — и большинство инфицированных HCV даже не знают, что они заражены и нуждаются в лечении.

Вакцина против HCV могла бы положить конец глобальной пандемии, предотвращая новые инфекции. "Её можно было бы вводить людям, когда они молоды и здоровы, и им никогда не пришлось бы беспокоиться о развитии заболеваний печени, связанных с HCV", — сказал Эндрю Уорд.

Однако, как и ВИЧ и некоторые другие вирусы, HCV использует несколько эффективных контрмер для уклонения от иммунной системы. К ним относятся быстро мутирующие области на белке E2, которые гарантируют, что антитела к одному штамму HCV, как правило, неэффективны против других штаммов. Белок E2 также покрывает себя относительно устойчивыми к антителам молекулами сахара (гликанами).

Чтобы победить эти вирусные контрмеры, ученые хотели "увидеть" высокоразрешающую атомную структуру HCV, особенно E2 и его сайта связывания с рецептором CD81, который не сильно различается от штамма к штамму. В последние годы лаборатория Ло и другие выделили антитела, которым удается захватить эту относительно консервативную область E2, блокируя заразность большой доли штаммов HCV. В принципе, вакцина, заставляющая организм вырабатывать подобные антитела, эффективно и дешево иммунизировала бы людей от большей части риска заражения HCV.

Непослушный E2

Однако точное воспроизведение этих сайтов связывания антител в вакцине требует сначала определения их высокоразрешающих структур, что было трудно даже попытаться сделать. "Обычно, если вы пытаетесь экспрессировать белок E2 в культивируемых клетках, вы либо не можете экспрессировать его в полезных количествах, либо можете, но он агрегирует и превращается в большую проблему", — сказал Леопольд Конг, научный сотрудник лаборатории Уилсона и ведущий автор исследования.

За последние несколько лет Конг и его коллеги провели десятки экспериментов, чтобы найти правильный способ модифицировать E2 — достаточно, чтобы белок не так легко агрегировал, и при этом сайты связывания антител сохранялись. Это позволило бы белку быть достаточно растворимым и чистым для выращивания кристаллов и определения его структуры с помощью метода, известного как рентгеновская кристаллография. "Это был геркулесов труд", — сказал Уорд. "Это один из самых сложных и нестабильных вирусных белков оболочки".

В конце концов команда добилась успеха, используя слегка измененную версию E2 — ядро E2 — с удаленными некоторыми гликанами (сахарными молекулами) и внешними вариабельными и стеблевыми сегментами. Ученые смогли получить высокоразрешающую структуру белка, пока он был связан с известным широко нейтрализующим антителом, разработанным в TSRI. Затем ученые продолжили работу, визуализировав более полную версию E2 с помощью электронной микроскопии, чтобы расширить структурную модель.

Когда структура E2 наконец была раскрыта, она удивила исследователей. "Считалось, что E2 HCV принадлежит к семейству вирусных белков слияния, называемых белками слияния 2-го класса, которое включает, например, белки оболочки вирусов Западного Нила и денге", — сказал Конг. "Но мы показали, что E2 структурно отличается и, вероятно, работает иначе, чем широко предполагалось".

На основе новых структурных данных Ло и его коллеги из TSRI уже разрабатывают и тестируют новые компоненты будущей вакцины против HCV, стимулирующие выработку антител. "Наличие структуры E2 определенно помогло нам", — сказал Ло.