«Наши результаты обеспечивают предполагаемый механизм для основного компонента успешного иммунного контроля над ВИЧ и помогают отделить контроль над ВИЧ от конкретных версий генов HLA, что делает наши выводы широко применимыми к населению во всем мире», – говорит Гаурав Гайха, доктор медицинских наук, доктор философии, из Институт Рагона и Отделение желудочно-кишечного тракта Массачусетской больницы общего профиля (MGH), соавтор научного исследования. «Мы считаем, что эти результаты могут иметь большое значение для разработки вакцин на основе Т-клеток против ВИЧ, а также для других патогенов."
За 25 лет стало известно, что некоторые люди, инфицированные ВИЧ, естественным образом способны подавлять вирус с помощью своей иммунной системы, и в качестве одного из вероятных механизмов был предложен высокофункциональный Т-клеточный ответ CD8.
Исследование, проведенное Институтом Рагона в 2010 году, показало, что специфические варианты белка HLA-B, который переносит вирусные пептиды на поверхность инфицированных клеток и представляет их иммунной системе, маркируя клетку для разрушения Т-лимфоцитами CD8, были обычными для ВИЧ. контролеры, но не у людей с прогрессирующей ВИЧ-инфекцией. Пять аминокислот в наиболее распространенном варианте, связанном с контролем, HLA-B57, были обнаружены в выстилке связывающего кармана, части белка, которая захватывает и выводит вирусные пептиды. Но последующее исследование выявило несколько контроллеров, не несущих HLA-B57, что указывает на то, что могут быть задействованы и другие механизмы.
В текущем исследовании команда Ragon использовала сетевой анализ на основе структуры – новый подход к изучению сложных структурных связей внутри вирусных белков и между ними – для выявления остатков (определенных аминокислот в пептиде), важных для вирусной функции. Со-ведущий автор Элизабет Россин, доктор медицинских наук из Института Броуда и Массачусетского института глаз и ушей, объясняет: «Все белки складываются в свою конечную трехмерную структуру за счет ряда связей между аминокислотами; поэтому мы можем математически представить белки как сеть связей между аминокислотами.
Это позволяет нам использовать подход, называемый теорией сети, четко определенной областью математики, чтобы задавать широкий спектр вопросов о структуре сети в целом, а также о ее отдельных частях."
Применяя сетевой анализ к информации, полученной из банка данных по белкам о структуре 12 из 15 белков, составляющих ВИЧ, исследователи смогли рассчитать сетевые баллы для каждой аминокислоты, отражающие количество и относительную важность связей с другими аминокислотами. в белке. Чем более сетевыми были аминокислоты, тем меньше вероятность того, что они будут мутированы в тысячах вирусных последовательностей, взятых у пациентов, что подразумевает, что сильно сетевые остатки важны для вирусной функции.
Чтобы проверить это предположение, исследователи сконструировали мутации аминокислот с высокими и низкими сетевыми оценками и обнаружили, что мутации сильно связанных в сеть остатков существенно ухудшают способность ВИЧ инфицировать клетки и реплицироваться. Напротив, мутирующие аминокислоты с низкими сетевыми оценками практически не влияли на вирусную инфекционность. Белок Gag p24, который важен для формирования белковой оболочки вируса, имел самую высокую частоту сетевых аминокислот, что подтверждает предыдущие исследования, показавшие, что он был более чувствителен, чем другие белки ВИЧ, к эффектам мутации и что ответы Т-клеток нацеливание на Gag p24 было связано с более низкими вирусными уровнями.
Команда также произвела сетевые оценки для защитных и связанных с риском вариантов HLA и обнаружила, что защитные формы, такие как HLA-B57, обычно представляли вирусные пептиды, которые были сильно связаны с сетью, тогда как версии с повышенным риском с большей вероятностью представляли плохо связанные с сетью пептиды.
Это открытие предполагает, что большая вероятность HLA-B57 по представлению высокосетевых вирусных пептидов иммунной системе может индуцировать Т-клеточный ответ CD8, нацеленный на последовательности, более важные для вирусной функции.
Чтобы исследовать взаимосвязь между этими результатами и естественным контролем над ВИЧ, команда сравнила ответы Т-лимфоцитов CD8 группы контролеров с ответами людей с промежуточной вирусной нагрузкой и тех, у кого инфекция прогрессировала, о чем свидетельствует более высокая вирусная нагрузка. Мало того, что пролиферация Т-лимфоцитов CD8 была самой высокой у контроллеров, их Т-клеточный ответ также был направлен против сильно связанных между собой аминокислот, которые были слабо нацелены на неконтроллеры.
Нацеливание Т-лимфоцитов CD8 на пептиды с высокой степенью сетевой структуры также наблюдалось у контроллеров, не имеющих защитных форм HLA, что указывает на то, что способность создавать Т-клеточную защиту против этих вирусных пептидов может быть более важной, чем унаследованные индивидуальные варианты HLA.
«Это исследование предполагает, что контролеры ВИЧ способны контролировать вирус с помощью высокофункциональных Т-клеточных ответов CD8, направленных против критических пептидов, которые не могут быть мутированы без дорогостоящих последствий для способности вируса к репликации, что позволяет постоянно убивать инфицированные клетки с помощью CD8 T. клетки ", – говорит Гайха, преподаватель медицины Гарвардской медицинской школы (HMS). «Мы уже начали работу над разработкой вакцины на основе этих результатов, включающей пептиды с высокой степенью сетевого взаимодействия, представленные версиями HLA, которые распространены среди населения мира."
Директор Института Рагона Брюс Уокер, доктор медицины, говорит: «В 1994 году мы впервые встретили пациента, который смог естественным образом контролировать ВИЧ с помощью собственной иммунной системы, и теперь мы, наконец, понимаем, как он и другие, подобные ему, могут это делать."Уокер – это Филлип Т. и Сьюзен М. Профессор медицины Рэгона в Гарвардской медицинской школе, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и старший автор научной статьи.