إفريقيا: كشف العلماء عن بنية البروتين الرئيسي للقاح التهاب الكبد الوبائي سي في المستقبل
يتسبب فيروس التهاب الكبد C أو HCV في التهاب الكبد المزمن الذي يمكن أن يؤدي إلى تندب دائم في الكبد وفي الحالات الشديدة الإصابة بالسرطان. يؤثر على حوالي 71 مليون شخص في جميع أنحاء العالم ويسبب حوالي 400000 حالة وفاة كل عام. في حين أن العلاجات متاحة للعدوى المرتبطة بفيروس التهاب الكبد C ، إلا أنها باهظة الثمن ويصعب الوصول إليها ولا تحمي من الإصابة مرة أخرى. يعد اللقاح الذي يمكن أن يساعد في الوقاية من عدوى فيروس التهاب الكبد C من الاحتياجات الطبية والصحية العامة الرئيسية التي لم تتم تلبيتها. المستضد ، أو جزء الفيروس من شأنه أن يؤدي إلى استجابة مناعية وقائية في الجسم. مرشح لقاح واعد. ومع ذلك ، فإن تطوير لقاح HCV على أساس هذا البروتين محدود بسبب عدم اليقين حول شكله. إن معرفة بنية البروتين أمر ضروري لمعرفة كيفية استجابة الجهاز المناعي للفيروس.
فكيف يلتقط الباحثون بنية بروتين واحد على فيروس متغير الشكل؟
نحن باحثون متخصصون في الفحص المجهري وتصميم اللقاحات. باستخدام التكنولوجيا الجديدة ، تمكنا من تصور التفاصيل الجزيئية لهذا البروتين المراوغ ، وفتحنا الأفكار الرئيسية حول كيفية عمل هذا الفيروس وتقديم مخطط محتمل للقاح في المستقبل.
هكذا فعلنا ذلك.
تحديات التقاط فيروس متغير الشكل
أحد أسباب صعوبة التقاط بنية بروتين HCV E1E2 هو أنه مرن وهش. يغير شكله كثيرًا ويسهل كسره لدرجة يصعب معها تنقيته. الآن تخيل محاولة التقاط صورة لكل قطعة فردية من السباغيتي في نفس الموضع مع مرور الوقت أثناء اهتزاز الوعاء. من الصعب القيام بذلك ، أليس كذلك؟ هذا ما كان عليه الحال عند تصوير بروتين E1E2 الكامل.
كانت هناك أيضًا حواجز تكنولوجية. حتى وقت قريب ، كانت تقنيات التصوير المتاحة محدودة في قدرتها على عرض البروتينات المجهرية. علم البلورات بالأشعة السينية ، على سبيل المثال ، غير قادر على التقاط الجزيئات التي تتغير بشكل متكرر وتتغير شكلها ، مثل HCV. علاوة على ذلك ، تتطلب الخيارات الأخرى ، مثل التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي ، قطع أجزاء كبيرة من البروتين أو التلاعب به كيميائيًا بطريقة من شأنها تغيير حالته الفسيولوجية وربما تغيير وظيفته. لذلك لفحص بنية E1E2 ، كنا بحاجة إلى طريقة لاستخراج وتنقية وتثبيت واحتجاز البروتين المتغير الشكل بالكامل في تكوين واحد.
كيفية التقاط صورة للبروتين
Cryo-EM ، أو المجهر الإلكتروني بالتبريد ، هو نوع من تقنيات التصوير التي ترى العينات في درجات حرارة مبردة ، في هذه الحالة درجة غليان النيتروجين: ناقص 320.8 درجة فهرنهايت (ناقص 196 مئوية). مع درجات حرارة شديدة البرودة ، يتجمد الجليد بسرعة كبيرة بحيث لا يكون لديه وقت للتبلور. هذا يخلق إطارًا جميلًا يشبه الزجاج حول البروتين المطلوب ، مما يسمح برؤية دون عوائق لكل التفاصيل الهيكلية. يتطلب Cryo-EM أيضًا القليل جدًا من البروتين للعمل ، مما يقلل من كمية المواد التي نحتاج إلى تنقيتها.
الفائز في عام 2017 جائزة نوبل في الكيمياء وجائزة مجلة Nature “طريقة العام” لعام 2015 ، تعتبر cryo-EM رائعة لتصوير الجزيئات البيولوجية في حالتها الأصلية أو الطبيعية في البيئة المائية لدم الإنسان. كان Cryo-EM أيضًا محوريًا في توصيف بنية فيروس COVID-19 ومتغيراته.
إذن كيف تأخذ صورة لبروتين؟
أولاً ، قمنا بدمج الشفرة الجينية لصنع E1E2 في الخلايا البشرية في طبق بتري لذا سيكون لدينا كميات كافية من البروتين للدراسة. بعد تنقية البروتين ، أدخلناه في الإيثان السائل متبوعًا بالنيتروجين السائل. يستخدم الإيثان السائل لتجميد البروتين لأن درجة غليانه أعلى من النيتروجين السائل. هذا يعني أنه قادر على التقاط المزيد من الحرارة قبل التحول إلى غاز ، مما يسمح للبروتين بالتجمد بسرعة أكبر بكثير مما يحدث في النيتروجين السائل وتجنب الأضرار الهيكلية.
بمجرد أن يتجمد البروتين. تم تزجيج البروتين ، أو في حالة جليدية شبيهة بالزجاج ، لم نتمكن فقط من رؤية هيكله العام ، ولكن أيضًا من التقاط تكوينات فردية متعددة من البروتين الذي يأخذه عندما يتغير شكله ، بما في ذلك أشكاله الأقل استقرارًا.
كانت خطوتنا التالية هي ثم لتقييم موقع كل حمض أميني ، أو لبنة من البروتين ، في الفضاء ثلاثي الأبعاد. نظرًا لأن كل حمض أميني له شكل فريد ، فقد استخدمنا برنامج كمبيوتر يمكنه تحديد كل واحد في خريطتنا ثلاثية الأبعاد. سمح لنا ذلك بإعادة بناء نموذج عالي الدقة للبروتين يدويًا ، كتلة بناء واحدة في كل مرة.
أداة جديدة لتصميم لقاح HCV
لدينا خريطتنا ثلاثية الأبعاد ونموذج يدعم بروتين HCV E1E2 الأبحاث السابقة التي تصف هيكله مع توفير رؤى جديدة للميزات التي ستساعد في تمهيد الطريق لتصميم لقاح مطلوب منذ فترة طويلة ضد هذا الفيروس.
على سبيل المثال ، يكشف هيكلنا أن السطح البيني بين الجزأين الرئيسيين للبروتين مستقر بواسطة السكريات والبقع الكارهة للماء ، أو المناطق التي تدفع للخارج. جزيئات الماء. هذا يخلق محاور ربط لزجة على طول البروتين ويمنعه من الانهيار – وهو موقع محتمل للأجسام المضادة الواقية والأدوية الجديدة لاستهدافها.
يمتلك الباحثون الآن الأدوات لتصميم الأدوية المضادة للفيروسات و لقاحات ضد الإصابة بفيروس التهاب الكبد
