El nuevo método de imágenes revela el escudo azucarado del VIH con un detalle sin precedentes
La técnica debería ayudar en el diseño de vacunas contra el VIH, el SARS-CoV-2 y otros virus que cubren sus proteínas externas con azúcares para evadir los anticuerpos
Los científicos de Scripps Research y del Laboratorio Nacional de Los Álamos han ideado un método para trazar un mapa con un detalle sin precedentes de los matorrales de moléculas de azúcar resbaladizas que ayudan a proteger al VIH del sistema inmunológico.
Una representación artística -basada en mapas criogénicos y simulaciones por ordenador- muestra cómo los glicanos crean un escudo que ayuda a que el VIH se esconda del sistema inmunológico.
Zachary Berndsen, PhD, Ward lab at Scripps Research
El mapeo de estos escudos dará a los investigadores una comprensión más completa de por qué los anticuerpos reaccionan a algunos puntos del virus pero no a otros, y puede dar forma al diseño de nuevas vacunas que se dirijan a los sitios más vulnerables y accesibles del VIH y otros virus.
Las moléculas de azúcar, o "glicanos", son sueltas y fibrosas, y funcionan como escudos porque son difíciles de agarrar por los anticuerpos y bloquean el acceso a la superficie de la proteína. Los escudos se forman en las proteínas de punta más externas del VIH y de muchos otros virus, incluido el SARS-CoV-2, el coronavirus que causa el COVID-19, porque estos virus han desarrollado sitios en sus proteínas de punta donde las moléculas de glicanos - normalmente abundantes en las células - se adherirán automáticamente.
"Ahora tenemos una forma de capturar las estructuras completas de estos escudos de glicano que fluctúan constantemente, que en gran medida determinan donde los anticuerpos pueden y no pueden unirse a un virus como el VIH", dice el autor principal del estudio Zachary Berndsen, PhD, un investigador postdoctoral asociado en el laboratorio de biología estructural del profesor de investigación de Scripps Andrew Ward, PhD.
La misma flexibilidad ondulatoria que hace a estas moléculas azucaradas resistentes a los anticuerpos ha hecho imposible que los investigadores las capturen con las imágenes tradicionales a escala atómica. En el nuevo estudio, que aparece en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, los científicos desarrollaron técnicas que, por primera vez, permiten que estas elusivas moléculas sean mapeadas con gran detalle en la superficie de la proteína punta del VIH, conocida como "Env".
El equipo de investigación de Scripps colaboró con el laboratorio de Gnana Gnanakaran, PhD, científico de plantilla del Laboratorio Nacional de Los Álamos, el cual está equipado con recursos de computación de alto rendimiento que permitieron nuevos enfoques para el modelado de los glicanos.
Los investigadores combinaron un método de imágenes a escala atómica llamado microscopía crioelectrónica (crioEM) con un sofisticado modelado informático y una técnica de identificación de moléculas llamada espectrometría de masas específica del lugar. La Crio-ME se basa en promediar decenas o cientos de miles de instantáneas individuales para crear una imagen clara, por lo que las moléculas altamente flexibles como los glicanos aparecerán sólo como un borrón, si es que aparecen.
Pero al integrar la crio-ME con las otras tecnologías, los investigadores pudieron recuperar esta señal perdida de glicanos y usarla para trazar mapas de los sitios de vulnerabilidad en la superficie de Env.
"Esta es la primera vez que la crio-ME se ha utilizado junto con el modelado computacional para describir la estructura del escudo viral en detalle atómico", dice Srirupa Chakraborty, PhD, co-autor principal e investigador post-doctoral en el laboratorio de Gnanakaran en el Laboratorio Nacional de Los Álamos.
El nuevo enfoque combinado reveló la estructura y la naturaleza dinámica de los glicanos en extremo detalle y ayudó al equipo a comprender mejor cómo estas complejas dinámicas afectan a las características observadas en los mapas criogénicos". A partir de esta riqueza de información, el equipo observó que los glicanos individuales no sólo se mueven de forma aleatoria en la superficie de la proteína espiga, como se pensaba antes, sino que se agrupan en mechones y matorrales.
"Hay trozos de glicanos que parecen moverse e interactuar juntos", dice Berndsen. "Entre estos microdominios de glicanos es donde los anticuerpos aparentemente tienen la oportunidad de unirse".
Las vacunas experimentales contra el VIH dependen de las proteínas Env modificadas, fabricadas en laboratorio para obtener respuestas de anticuerpos. En principio, la eficacia de estas vacunas depende en parte de la posición y la extensión de los glicanos de protección de estas proteínas virales fabricadas en laboratorio. Por lo tanto, Berndsen y sus colegas aplicaron su método para trazar el mapa de los glicanos en una proteína Env modificada del VIH, BG505 SOSIP.664, que se utiliza en una vacuna contra el VIH que se está evaluando actualmente en ensayos clínicos.
"Encontramos manchas en la superficie de esta proteína que normalmente estarían cubiertas con glicanos pero que no lo estaban, y eso puede explicar por qué las respuestas de los anticuerpos a ese sitio han sido notadas en los ensayos de vacunación", dice Berndsen.
Ese hallazgo, y otros en el estudio, mostraron que el escudo de glicano de Env puede variar dependiendo del tipo de célula que se esté usando para producirlo. En las infecciones de VIH en humanos, el virus utiliza células inmunes humanas como fábricas para replicar sus proteínas. Pero las proteínas virales utilizadas para hacer vacunas normalmente se producen en otros tipos de células de mamíferos.
En otro descubrimiento sorprendente, el equipo observó que cuando utilizaron enzimas para eliminar lentamente los glicanos del VIH Env, toda la proteína comenzó a desmoronarse. Berndsen y sus colegas sospechan que el escudo de glicano de Env, que ha sido considerado meramente una defensa contra los anticuerpos, también puede tener un papel en el manejo de la forma y la estabilidad de Env, manteniéndolo a punto para la infección.
El equipo espera que sus nuevos métodos de mapeo de glicanos sean particularmente útiles en el diseño y desarrollo de vacunas, y no sólo para el VIH. Muchas de las técnicas pueden aplicarse directamente a otros virus protegidos por el glicán, como los virus de la gripe y los coronavirus, y pueden extenderse a ciertos cánceres en los que los glicanos juegan un papel clave, dicen los investigadores.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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