Три замены помогли антителу стать эффективным против трех групп эболавирусов
Работая с человеческими антителами пациента, выжившего после лихорадки Эбола, американские исследователи обнаружили и подробно описали механизм их взаимодействия с участком вирусной оболочки. Этот участок узнается не только у заирского вируса Эбола, но и у родственного ему вируса Бундибугио, что расширяет возможности применения будущей вакцины. Замена всего трех аминокислот в исходном антителе значительно повысила его эффективность и сделала его пригодным еще и для борьбы с суданским вирусом. Результаты опубликованы в журнале Nature Structural and Molecular Biology.
Эболавирусы вызывают массовые эпидемии в Африке, причем смертность при заражении может достигать 90 процентов. Они возникали и раньше, но особенное внимание к этой болезни появилось после ее вспышки в 2013-2016 годах, когда одна-единственная мутация поверхностного белка сделала вирус особенно агрессивным и привела к многочисленным смертям. Это произошло с заирским подтипом вируса, но другие подтипы могут аналогичным образом мутировать в ходе будущих эпидемий. Поэтому разработка какцины, которая годилась бы для всех подтипов сразу — важная мера для борьбы с Эболой.
Самые опасные штаммы объединяют в три группы, называющиеся по месту первого обнаружения: «классическая» заирская Эбола, суданская и Бундибугио. Симптомы у всех перечисленных болезней сходные — лихорадка, диарея, геморрой. Но несмотря на одно происхождение и сходство этих вирусов, общей вакцины для них не существует. В основе уже разработанных вакцин против заирской Эболы лежит использование гликопротеина, компонента клеточной стенки вируса. К сожалению, использовать его же в качестве мишени для других штаммов до сих пор получалось плохо из-за большой разницы между аминокислотными последовательностями.
В ходе сборки предшественник гликопротеина разрезается на две части, GP1 и GP2, которые удерживаются между собой дисульфидным мостиком. GP1 довольно вариабелен, а GP2 консервативен, но спрятан под поверхностью вируса. Брандин Вест (Brandyn West) и его коллеги описали новые антитела ADI-15946 человека, переболевшего несколько лет назад заирской Эболой и посмотрели, с какими участками белка оно взаимодейтсвует. Для этого они определили кристаллическую структуру этого комплекса.
Оказалось, что антитело связывается с консервативным участком GP2 в гидрофобном кармане GP1, закрытом обычно участком гликановой шапочки. При проникновении вируса эта шапочка отрезается протеосомами хозяина, так что антитело способно взаимодействовать как внутриклеточной, так и с внеклеточной формой белка, но хуже из-за того, что ему мешает шапочка.
Исследователи сравнили связывание антитела с полноценным гликопротеином и без куска шапочки, и оказалось, что эффективность связывания последнего в 10000 раз выше. В предыдущих работах были обнаружены другие антитела FVM09, которые не мешают патогенам, но зато умеют «снимать» не очень важную для вируса гликановую шапочку. Совместная работа этих двух антител тоже повысила эффективность нейтрализации.
Тяжелые цепи вариабельного участка антитела ADI-15946 связываются с консервативным остатком лизина (K510) на участке GP2 и мутация в этом месте приводит к потере эффективности антитела. В целом оно хорошо работало против заирского штамма и Бундибугио, но было малоэффективно против суданского вируса. Чтобы понять, почему так происходит, исследователи сравнили поверхности с которыми соприкасается антитело у всех вирусов. В непосредственной близости от ключевого лизина оказался аспарагин (Asn506), который у суданского штамма был заменен на аргинин и с которым тоже взаимодействует участок антитела. Оказалось, что всего три мутации, одна на тяжелой цепи и две на легких позволили антителу эффективно бороться с суданским вирусом.
Кроме трех перечисленных типов эболавирусов известны еще два, не вызывающие серьезных эпидемий у людей. Недавно ученые нашли шестой тип, в первый раз обнаружив его не в заболевшем человеке, а в переносчике — летучей мыши.
Вера Мухина
Но сработала только низкая доза
Ученые из США ввели макакам-резус белок Клото. Уровень сывороточного Клото вырос в пять раз после инъекции белка. В итоге обезьяны почти на 20 процентов лучше справились с задачей на память, и эффект не прошел даже после двух недель. Но если на мышах работали разные дозы белка, то макакам хватило 10 микрограмм на килограмм массы тела — большие дозы не улучшали память. Результаты опубликованы в Nature Aging. В конце 20 века ученые открыли белок Клото (Klotho), который назвали в честь древнегреческой богини, прядущей нить жизни. Выяснилось, что мыши с дефектным геном Klotho начинают стареть уже спустя 3–4 недели после рождения, а еще у них развивается остеопороз, атеросклероз и другие патологии, а к двум месяцам они умирают. Мыши, чрезмерно экспрессирующие Klotho, напротив, живут на 20–30 процентов дольше, а их память лучше. Еще сверхэкспрессия белка защищала мозг мышей от повреждений, связанных с болезнями Альцгеймера и Паркинсона. Люди с повышенными уровнями белка тоже живут дольше, их когнитивные способности лучше, а еще у них ниже риск развития деменции и болезни Альцгеймера. В организме синтезируется две формы белка Клото — трансмембранная и секретируемая. В крови еще циркулирует растворимая форма белка, которая получается, когда ферменты отрезают от трансмембранного белка кусок. Растворимая форма может действовать как гормон, влияя на сигналинг инсулина, фактора роста фибробластов (FGF), функцию Wnt и NMDAR. Растворимую форму Клото вводили мышам в виде инъекций, и это повышало синаптическую пластичность, улучшало познание и устойчивость нейронов к старению. Стейси Кастнер (Stacy A. Castner) из Йельской школы медицины и ее коллеги решили проверить, улучшится ли память у нечеловеческих приматов, макаков-резус (Macaca mulatta), если им подкожно ввести белок Клото. Макаки-резус, как и люди, страдают от возрастного когнитивного снижения, хотя и без значительной потери нейронов. Сначала белок Клото макак ученые ввели мышам — в дозировке 10 микрограмм белка на килограмм массы тела. В предыдущих исследованиях такая доза увеличивала синаптические и когнитивные функции мышей. Здесь спустя 4 часа у мышей улучшилась синтетическая пластичность и рабочая память, которую проверяли в У-образном лабиринте. Уровень белка Клото в сыворотке мышей после инъекции увеличился в шесть раз. Затем ученые попытались повысить уровень белка в сыворотке стареющих макак, которым было в среднем около 22 лет (что эквивалентно человеческим 65), до того же уровня. Для этого они вводили макакам разные дозы Клото: от 0,4 до 30 микрограмм на килограмм массы тела. Доза в 10 микрограмм на килограмм повысила уровень сывороточного белка в пять раз. Уровень Клото в человеческой пуповинной крови тоже примерно в пять раз выше, чем в крови взрослых, — поэтому на дозе в 10 микрограмм ученые и остановились. Обезьян учили запоминать расположение отсека с пищевым вознаграждением, и таким образом оценивали их рабочую память. Задачи с нормальной сложностью, в которых было от 4 до 7 отсеков, они выполняли успешно, но не всегда справлялись с повышенной сложностью, когда отсеков было уже от 6 до 9. Уже через четыре часа после однократной инъекции белка Клото макаки стали лучше решать задачу, особенно — ее сложный вариант. Процент правильных ответов в сложной задаче увеличился с 45 до почти 60 (P = 0,0077). Этот эффект сохранялся спустя две недели и не зависел от пола. А вот более высокие дозы — 20 и 30 микрограмм на килограмм массы тела — не привели к когнитивному улучшению у макак, но и хуже не сделали. В отличие от обезьян, на мышей в предыдущих исследованиях высокие дозы белка действовали положительно. Возможно, слишком высокие дозы нарушают метаболизм у нечеловеческих приматов. Авторы предположили, что когнитивного улучшения у людей также можно будет достичь с помощью небольших, физиологических доз гормона. Также ученым еще предстоит выяснить, как сигналы белка передаются в мозг, поскольку введенный в кровь Клото сам не пересекает гематоэнцефалический барьер. Не так давно ученым удалось улучшить рабочую память людей, посветив на мозг лазером — через кожу и череп. До стимуляции люди могли запомнить 3–4 фигуры на картинке, а после — 4–5.