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Aug 10, 2023

HIV dinamico

Nature Communications volume

Nature Communications volume 13, numero articolo: 6393 (2022) Citare questo articolo

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I vaccini mirati alla proteina picco gp160 dell’HIV-1 sono ostacolati dagli alti tassi di mutazione virale e dagli imbrogli strutturali. La regione esterna prossimale della membrana (MPER) di gp160 è il bersaglio di anticorpi ampiamente neutralizzanti (bnAb) di origine naturale, ma i vaccini basati su MPER non riescono a generare bnAb. Qui, la proteina spike incorporata nel nanodisco è stata studiata mediante microscopia crioelettronica e simulazioni di dinamica molecolare, rivelando un'inclinazione spontanea dell'ectodominio che crea vulnerabilità per l'HIV-1. Mentre ciascun protomero MPER si irradia centralmente verso il triplice asse contribuendo a una struttura a treppiede associata alla membrana che è occlusa nella punta verticale, l'inclinazione fornisce l'accesso al MPER opposto. Le strutture delle proteine ​​​​del picco con Fab 4E10 bnAb legati rivelano che l'anticorpo si lega al MPER esposto, alterando così la dinamica del MPER, modificando l'inclinazione media dell'ectodominio e imponendo tensione sulla membrana virale e sui segmenti transmembrana del picco, con conseguente interruzione della fusione della membrana e informazione futura sviluppo del vaccino.

Si ritiene che la genesi del virus dell'immunodeficienza umana-1 (HIV-1) come agente patogeno dell'Homo sapiens sia avvenuta nella Repubblica Democratica del Congo intorno al 1920 in seguito al passaggio del retrovirus dallo scimpanzé all'uomo, seguito dall'inizio dell'attuale epidemia in gli anni '701,2. A testimonianza dell’importanza di questa zoonosi, i dati raccolti negli ultimi 35 anni indicano che circa 78.000.000 di individui in tutto il mondo sono stati infettati e circa 35.000.000 sono morti nonostante la terapia farmacologica antivirale multiagente3.

La proteina trimerica gp160 dell'involucro dell'HIV-1 (Env), una glicoproteina transmembrana comprendente tre protomeri ciascuno di gp120 e gp41, è la singolare proteina derivata dal virus sul virione. Pertanto, è l’unico bersaglio degli anticorpi protettivi che si formano naturalmente nei pazienti o possono essere provocati in individui non infetti attraverso la vaccinazione4,5,6. Detto questo, l’induzione con il vaccino di anticorpi con l’ampiezza necessaria contro diversi ceppi virali, i cosiddetti anticorpi ampiamente neutralizzanti (bnAbs), non è riuscita a generare anticorpi che bloccano il legame iniziale del virus alle cellule T CD4 umane o che inibiscono i successivi cambiamenti conformazionali di Env e eventi di fusione associati richiesti per l'ingresso virale post-legame nella cellula ospite (rivisto nel rif. 7). Il riconoscimento immunitario di Env è ostacolato dalla sua straordinaria variabilità della sequenza8, dalla densa glicosilazione9,10 e dal mascheramento conformazionale dei siti chiave e dello stato metastabile11. Tuttavia, alcuni pazienti con infezione cronica da HIV-1 sviluppano bnAb nel corso degli anni di infezione4,5,6. La conseguente diversificazione virale e le estese mutazioni somatiche degli anticorpi migliorano l'affinità di legame, ottimizzando la corrispondenza tra paratopi ed epitopi12. I BnAb sono diretti contro il sito di legame del CD4 nonché contro i siti dei glicani V1V2 e V3 su gp120, la regione dell'interfaccia gp41-gp120 e la regione esterna prossimale della membrana gp41 (MPER)4,5,6. L'MPER, che collega l'ectodominio Env al suo dominio transmembrana (TM), è tra i segmenti dell'HIV-1 più conservati tra i ceppi del clade13. Questa conservazione e l’osservazione che i bnAb che mirano al MPER si presentano naturalmente manifestando la più ampia ampiezza di neutralizzazione hanno nominato MPER come un obiettivo chiave per la progettazione del vaccino.

La struttura dell'MPER da sola e insieme al dominio TM in un ambiente mimetico della membrana è stata ampiamente studiata mediante metodi spettroscopici, stabilendo che il peptide MPER tende ad adottare una conformazione elica-cerniera-elica attorcigliata incorporata nella membrana con ulteriore flessibilità fiancheggiante13 ,14 e suggerendo che MPER legato a bnAb è parzialmente estratto dalla membrana15. Tuttavia, i vaccini peptidici MPER non sono riusciti a suscitare bnAbs e l'esatta disposizione dell'MPER come parte dell'intero trimero Env incorporato nella membrana rimane controversa. Uno studio di tomografia crioelettronica (crio-ET) ha riportato che gli MPER formano una struttura a treppiede composta da tre eliche separate16, ma altri studi crio-ET hanno mostrato che i tre segmenti MPER sono organizzati in un gambo compatto17,18. Pertanto, ai fini della progettazione razionale del vaccino, è necessaria una struttura ad alta risoluzione per chiarire l'effettiva disposizione dell'MPER nel contesto sia del doppio strato lipidico che dell'ectodominio completo e glicosilato del trimero Env.