В течение сотен тысяч лет обезьяны страдали от вируса иммунодефицита обезьян (SIV), который до сих пор уничтожает группы приматов в Африке.

К счастью, по мере развития от этих ранних приматов, мы подхватили мутацию, которая сделала нас невосприимчивыми к SIV - по крайней мере до начала 20-го века, когда вирус эволюционировал, чтобы обойти нашу защиту, вызывая вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) и эпидемию СПИДа, которая сегодня затрагивает около 38 миллионов человек во всем мире.

Исследователи Калифорнийского университета, Беркли, теперь обнаружили, как та давняя человеческая мутация вмешивалась в инфекцию SIV, что может дать ключ к разработке новых методов лечения ВИЧ и похожих вирусных инфекций.

«Основное значение для этого иследования заключается в том, что онo рассказывает нам о том, что было одним из последних серьезных барьеров до того, как произошел переход к людям», - сказал Джеймс Херли, профессор молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Беркли. 

Барьером была мутация в клетках человека, которая не позволяла SIV заставлять эти клетки складировать еще тысячи копий вируса. В результате люди не могли повторно заразить друг друга.

Эта генетическая мутация препятствовала способности белка SIV плотно связывать два человеческих белка и отправлять их на уничтожение в клетке, а не на борьбу с вирусом. Исследователи использовали криоэлектронную микроскопию или cryoEM, чтобы определить структуру этого белкового комплекса, и обнаружили, что мутация настолько эффективно разрушает места связывания белка, что SIV потребовалось много времени, чтобы найти обходной путь.

«Участок связывания является структурно очень сложным, поэтому по сути невозможно приспособиться к нему после того, как утрачено тесное связывание. Вирусу пришлось изобрести совершенно другой способ сделать то же самое, что заняло много времени в эволюции," Херли сказал. «Это дало преимущество нашим доисторическим предкам: начиная с шимпанзе вниз, каждый примат был восприимчив к SIV, но люди были невосприимчивы. Это дало людям, вероятно, грациозный период развития от десятков до сотен тысяч лет без необходимости иметь дело с этой болезнью. Я склонен думать, что это действительно дало фору людям в ранней эволюции».

Хотя вирус SIV - в данном случае от обезьяны, называемой дымчатый мангобей, источник менее вирулентного штамма ВИЧ-2 у людей - несколько отличается от штаммов ВИЧ, поражающих людей, результаты могут точно определить цели для исследователей, ищущих «функциональные» лекарства от СПИДа. Это будет одноразовое лечение, которое предотвращает вспышки заболевания, даже если вирус остается в организме.

«Общая стратегия в нашей лаборатории состоит в том, чтобы попытаться найти области в структурах человеческих белков, которые атакованы вирусами, но не являются необходимыми для обычных целей хозяина, чтобы можно было разработать лекарство для нападения на этот регион», Херли сказал. «Вирус обычно реагирует мутацией, а это означает, что он развивает лекарственную устойчивость, но этот новый вывод предполагает, что при правильной точке атаки может потребоваться SIV или ВИЧ, в некоторых случаях, десятки тысяч лет эволюции, чтобы наверстать упущенное».

 

Дымчатый мангобей

SIV и ВИЧ, которые являются лентивирусами, трудно выкорчевать из организма, потому что они вставляют свое ДНК в геномы клеток-хозяев, где она сидит как бомба замедленного действия, готовая в любой момент возродиться, завладеть механизмом клетки-хозяина для создания своих копий и рассылания тысячи таких копий, называемых вирионами, для заражения других клеток.

Эти вирионы образуются, когда только что скопированная вирусная ДНК оборачивается в кусок мембраны клетки-хозяина и развивается, благополучно укрываясь в пузыре, пока не сможет повторно заразить.

Поскольку почкование является важным шагом в распространении многих вирусов, приматы уже давно выработали естественную защиту, в том числе белки на поверхности клеток, которые прикрепляют почкованные вирионы к клетке и предотвращают их отхождение. По мере их накопления, иммунная система распознает эти не почкованные вирионы как аномальные и уничтожает целую клетку, вирус и все.

В клетках обезьяны и человека главный элемент называется тетерин, потому что он привязывает зарождающийся вирион к клеточной мембране.

В постоянной гонке вооружений между хозяином и патогеном, SIV разработал контрмеры, которые используют другую нормальную функцию клетки: систему рециркуляции. Клетки имеют способы удаления белков, находящихся на поверхности, через которые клетки постоянно поглощают и перерабатывают тетерин, если нет признаков того, что этот необходим для борьбы с вторгающимся вирусом. Это происходит путем углубления мембраны внутрь, чтобы сформировать небольшой пузырь внутри клетки, захвата тетерина и других поверхностных белков в этом пузырьке, а затем переваривания всего содержимого, включая тетерин.

Контрмера SIV состояла в том, чтобы произвести белок, названный Неф, который ускоряет переработку тетерина, даже во время инфекции. Это позволяет вирионам развиваться и искать новую жертву.

Херли и исследователь проекта Сюефенг «Сноу» Рен обнаружили, что Неф образует плотный клин между тетерином и белком в пузырьке, называемом АР-2, предотвращая выход тетерина из пузырька и обрекая его на переработку.

«Nef это мост между AP2 и тетерином, который вовлекает их в эндоцитоз, втягивая тетерин в пузырьки», сказал Рен. «Таким образом, он обманывает механизм наших собственных клеток для избавления от того, чего мы не хотим, в избавления от того, чего вирус не хочет».

Пять аминокислот, которые люди потеряли в белке тетерина, - мутация, которая дала людям иммунитет против SIV - ослабили связь между тетерином, Nef и AP-2, что позволило тетерину избежать переработку. Рен сказал, что это заблокировало пересечение передачи зоонозного вируса, потому что структурная перестройка была настолько обширной, что SIV не мог исправить это с помощью простых мутаций в Nef.

SIV разработал новый трюк

Однако некоторые варианты SIV в конце концов нашли способ обойти это препятствие. В какой-то момент несколько SIV приобрели второй белок, Впу, чтобы сделать то же, что и Неф - вклиниваться между белками, чтобы цементировать соединения, полезные для вируса. В какой-то момент, возможно, сто лет назад, этот штамм SIV перешел в организм человека от шимпанзе, и небольшая мутация во Впу возродила переработку тетерина в организме человека, выпустив то, что мы знаем сегодня как группу М ВИЧ-1, наиболее опасную форму ВИЧ во всем мире.

«Вероятно, было много переходов на людей, которые потерпели неудачу, но в итоге какой-то охотник в Африке, возможно, в ходе разделки шимпанзе, подвергся воздействию крови, и вирус приобрел дополнительную мутацию, маленький шаг, который превратил SIV в ВИЧ", сказал Херли.

Далее Херли, Рен и их коллеги планируют использовать криоЭМ для определения структуры трехбелкового комплекса в вариантах SIV горилл, которые эволюционировали в штамм О ВИЧ-1, менее вирулентный штамм, возникший в африканской стране Камерун.

Другими соавторами статьи являются первый автор и аспирант Калифорнийского университета в Беркли Космо Буффало и Кристина Штурзель, Елена Хойзингер, Дорота Кмиц и Фрэнк Киркхоф из Ульмского университета в Германии, которые использовали тесты на вирусную инфекционность, чтобы подтвердить, что объяснение, связанное с криоЭМ было правильным как в клетках обезьяны, так и человека.

Это исследование было поддержано Национальными Институтами Здравоохранения (R01 AI120691, P50 GM082250, F32 GM125209) и Фондом Видения Эндрю Догерти.

Источник: Университет Калифорнии - Беркли.

Дан Ерушевски