Прорыв в визуализации вирусов открывает путь к терапии рака

Мультидисциплинарная группа исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) не только визуализировала структуру аденовируса с атомарной точностью, но и открыла путь к его адаптации для доставки лекарств против рака. Исследование опубликовано в журнале Science.

Проблема и решение

Биологические структуры, такие как вирусы, меньше длины волны света и невидимы для стандартных оптических микроскопов. Это затрудняло модификацию аденовируса для генной терапии рака. Профессор Лили Ву, работающая над адаптацией вируса для лечения рака простаты и груди, сравнивала этот процесс с «сборкой компонентов автомобиля в темноте».

Для решения проблемы её группа обратилась к профессору Хонг Чжоу, который использует криоэлектронную микроскопию (cryoEM). Совместная работа велась в Центре электронной визуализации наномашин при Институте наносистем Калифорнии (CNSI) в UCLA.

Ключевой результат

Исследователи использовали cryoEM для создания трёхмерной реконструкции человеческого аденовируса на основе 31 815 отдельных изображений частиц.

• Разрешение: 3.6 ангстрема (Å). Один ангстрем — это расстояние между двумя атомами водорода в молекуле воды (H₂O). Диаметр всего аденовируса составляет около 920 Å.
• Результат: Атомная модель всего вируса, которая точно показывает, как вирусные белки соединяются и взаимодействуют.

Этот прорыв стал возможен благодаря тому, что cryoEM позволяет напрямую визуализировать образцы в воде. В отличие от этого, рентгеновская кристаллография, традиционный метод, имеет ограничения: сложность выращивания кристаллов для всех белков, требование высокой чистоты образцов и возможное низкое разрешение для крупных комплексов. Именно эти ограничения не позволяли ранее разрешить критические области поверхности аденовируса.

Значение для терапии

Новая структурная информация критически важна для исследователей по всему миру, пытающихся модифицировать аденовирус для использования в вакцинах и генной терапии.

• Принцип терапии: Из вируса удаляют болезнетворную ДНК, заменяют её лекарственным геном и используют оптимизированную эволюцией оболочку вируса в качестве средства доставки.
• Преимущества аденовируса: Эффективная доставка генетического материала в организме; безопасность оболочки (не вызывает рак, в отличие от некоторых других вирусов); относительно низкая патогенность (естественным образом вызывает лишь временное респираторное заболевание у 5–10% людей).

Группа профессора Ву, вооружённая новым пониманием структуры, теперь продвигается в разработке модифицированных версий аденовируса для генной терапии рака. Изначальные усилия сосредоточены на раке простаты и молочной железы как наиболее распространённых формах онкологии у мужчин и женщин соответственно.

«Этот прорыв — большой шаг вперёд, но предстоит преодолеть ещё много препятствий», — отмечает Лили Ву.