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Aug 10, 2023

HIV Dinâmico

Volume de comunicações da natureza

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 6393 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

As vacinas que visam a proteína gp160 spike do HIV-1 são bloqueadas por altas taxas de mutação viral e trapaça estrutural. a região externa próxima à membrana de gp160 (MPER) é o alvo de anticorpos amplamente neutralizantes (bnAbs) de origem natural, mas as vacinas baseadas em MPER falham em gerar bnAbs. Aqui, a proteína spike embutida em nanodisco foi investigada por microscopia crioeletrônica e simulações de dinâmica molecular, revelando inclinação espontânea do ectodomínio que cria vulnerabilidade para o HIV-1. Enquanto cada protômero MPER irradia centralmente em direção ao eixo triplo, contribuindo para uma estrutura de tripé associada à membrana que está ocluída no pico vertical, a inclinação fornece acesso ao MPER oposto. As estruturas das proteínas spike com Fabs 4E10 bnAb ligados revelam que o anticorpo se liga ao MPER exposto, alterando assim a dinâmica do MPER, modificando a inclinação média do ectodomínio e impondo tensão na membrana viral e nos segmentos transmembranares do spike, resultando na anulação da fusão da membrana e informando o futuro desenvolvimento de vacinas.

Acredita-se que a gênese do vírus da imunodeficiência humana-1 (HIV-1) como um patógeno no Homo sapiens tenha ocorrido na República Democrática do Congo por volta de 1920, consequente ao salto do retrovírus de chimpanzé para humano, seguido pelo início da atual epidemia em década de 19701,2. Atestando a importância desta zoonose, dados compilados nos últimos 35 anos indicam que aproximadamente 78.000.000 de indivíduos em todo o mundo foram infectados e aproximadamente 35.000.000 morreram apesar da terapia medicamentosa antiviral multiagente3.

A proteína trimérica gp160 do envelope do HIV-1 (Env), uma glicoproteína transmembranar compreendendo três protômeros cada um de gp120 e gp41, é a única proteína derivada do vírus no virion. Portanto, é o único alvo dos anticorpos protetores que surgem naturalmente em pacientes ou são induzidos em indivíduos não infectados por meio de vacinação4,5,6. Dito isto, a indução vacinal de anticorpos com amplitude necessária contra diversas cepas virais, os chamados anticorpos amplamente neutralizantes (bnAbs), falhou em gerar anticorpos que bloqueiam a ligação inicial do vírus às células T CD4 humanas ou que inibem alterações conformacionais Env subsequentes e eventos de fusão concomitantes necessários para a entrada viral pós-ligação na célula hospedeira (revisto na ref. 7). O reconhecimento imunológico de Env é prejudicado por sua extraordinária variabilidade de sequência8, glicosilação densa9,10 e mascaramento conformacional de locais-chave e estado metaestável11. No entanto, alguns pacientes cronicamente infectados pelo HIV-1 desenvolvem bnAbs ao longo dos anos de infecção4,5,6. A diversificação viral concomitante e extensas mutações somáticas de anticorpos melhoram a afinidade de ligação, otimizando a correspondência entre parátopos e epítopos12. Os BnAbs são direcionados contra o sítio de ligação de CD4, bem como os sítios de glicano V1V2 e V3 em gp120, a região de interface gp41-gp120 e a região externa proximal à membrana gp41 (MPER)4,5,6. O MPER, que conecta o Env ectodomínio ao seu domínio transmembranar (TM), está entre os segmentos de HIV-1 mais conservados entre as cepas do clado13. Essa conservação e a observação de que os bnAbs direcionados ao MPER que surgem naturalmente manifestam a maior amplitude de neutralização indicaram o MPER como um alvo principal para o design da vacina.

A estrutura do MPER por si só e junto com o domínio TM em um ambiente mimético de membrana foi estudada extensivamente por métodos espectroscópicos, estabelecendo que o peptídeo MPER tende a adotar uma conformação hélice-dobradiça-hélice dobrada incorporada à membrana com flexibilidade de flanqueamento adicional13 ,14 e sugerindo que o MPER ligado a bnAb é parcialmente extraído da membrana15. No entanto, as vacinas peptídicas MPER falharam em provocar bnAbs e a disposição exata do MPER como parte de todo o trímero Env incorporado à membrana permanece controversa. Um estudo de tomografia crioeletrônica (crio-ET) relatou que os MPERs formam uma estrutura semelhante a um tripé composta por três hélices separadas16, mas outros estudos de crio-ET mostraram que os três segmentos do MPER estão organizados em uma haste compacta17,18. Portanto, para fins de design de vacina racional, é necessária uma estrutura de alta resolução para elucidar a disposição real do MPER no contexto de uma bicamada lipídica e do ectodomínio completo e glicosilado do trímero Env.