Метод визуализации, называемый криоэлектронной микроскопией (крио-ЭМ), позволяет исследователям визуализировать формы биологических молекул с беспрецедентным уровнем детализации. Теперь команда под руководством исследователей из Института Солка и Университета Флориды сообщает, как они использовали крио-ЭМ, чтобы показать структуру версии вируса, называемой AAV2, расширяя возможности метода и потенциал вируса в качестве средства доставки. средство для генной терапии.
«Не будет преувеличением сказать, что это одна из лучших крио-ЭМ структур, когда-либо созданных в этой области», - говорит доцент Солка Дмитрий Люмкис, структурный биолог и соавтор исследования.. «Мы применили ряд различных процедур, которые ранее были описаны только в теории. Мы впервые экспериментально продемонстрировали, что их можно использовать для значительного улучшения качества изображений такого типа».
Исследователи использовали несколько технических достижений для создания трехмерного представления варианта AAV2 (сокращение от аденоассоциированного вируса серотипа 2) с гораздо лучшим разрешением, чем то, что когда-либо было достигнуто ранее. Исследование, о котором сообщалось в Nature Communications 7 сентября 2018 года, продвигает методологические применения крио-ЭМ, а также помогает разработать более совершенные методы генной терапии, включая лечение некоторых наследственных типов слепоты, гемофилии и заболеваний нервной системы.
Крио-ЭМ позволил исследователям заглянуть во внутреннюю работу крошечных структур и меняет наше понимание биомолекул и их механизмов. В текущей работе авторы показывают, что метод действительно способен достигать разрешения почти до уровня одного атома. Это также позволяет исследователям получать структуры целых белковых комплексов, а не только их частей.
В новом исследовании исследователи Солка сосредоточились на версии вируса AAV2, которая имеет особое изменение в одной из его аминокислот. Эта версия интересна тем, что она менее заразна, чем некоторые другие AAV, и изучается на предмет ее важного значения в жизненном цикле вируса. Новое исследование предоставило структурное объяснение того, почему он отличается от других вирусов, выявив ключевые изменения в вирусном портале, используемом для упаковки ДНК.
Такие исследования послужат основой для применения генной терапии, в которой корректирующий ген для заболевания переносится внутри вируса, который доставляет ген в клетку. Генная терапия изучается для ряда заболеваний, вызванных единичными мутациями, включая врожденный амавроз Лебера, мышечную дистрофию Дюшенна, серповидно-клеточную анемию, узловой буллезный эпидермолиз и гемофилию, среди прочих.
«В конечном счете, такого рода исследования имеют важные последствия для понимания взаимодействия между этими различными вирусами и типами клеток, которые они заражают», - говорит Шрирам Айер, научный сотрудник лаборатории Люмкиса и один из первых авторов исследования.. «Это важно для лучшего понимания иммунной системы человека и того, как она распознает вирусы».
Профессор Мавис Агбандже-МакКенна, директор Центра структурной биологии в Университете Флориды и соавтор статьи, добавляет: «Этот метод станет особенно важным для лучшего понимания того, как взаимодействуют эти вирусы. с иммунной системой человека, что является одним из основных остающихся препятствий на пути использования этих вирусов в приложениях генной терапии."
Размер и форма AAV2 сделали его идеальным для текущего крио-ЭМ анализа. «Поскольку этот вирус имеет высокий уровень симметрии, он дал нам большую отдачу», - говорит Люмкис. «Мы смогли получить в 60 раз больше информации, что позволяет нам применять новые вычислительные методы для создания лучшей реконструкции молекулы, которую можно будет расширить для многих будущих крио-ЭМ-экспериментов с высоким разрешением».
Люмкис говорит, что методы генерации данных, показанные в этом исследовании, показывают, что можно экстраполировать результаты с помощью микроскопов с более низким напряжением, чем требовалось ранее. В будущем это позволит исследователям использовать новые версии крио-ЭМ инструментов, которые стоят меньше. «Крио-ЭМ-микроскопы очень дороги, и в настоящее время они есть не во многих учреждениях. Эти результаты помогут открыть эту область практически для любого академического учреждения, занимающегося исследованиями в области структурной биологии», - отмечает он..