Nat Commun:利用新方法绘制HIV包膜糖蛋白指纹图谱

2017年4月2日—HIV病毒是伪装高手。这种病毒利用多聚糖(glycan)分子作为盾牌躲避免疫系统和阻止抗体攻击它。

如今,在一项新的研究中,来自美国斯克里普斯研究所(TSRI)的研究人员开发出一种方法来分析HIV的保护性包膜糖蛋白Env上的多聚糖分子。利用这种方法,他们能够快速地构建出这种糖蛋白上的多聚糖“指纹图谱(fingerprint)”。这些发现有助开发一种潜在的候选HIV疫苗。相关研究结果于2017年3月28日在线发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“Global site-specific N-glycosylation analysis of HIV envelope glycoprotein”。

论文通信作者、TSRI化学主席、TSRI分子医学共同主席James Paulson说,“能够鉴定出HIV糖蛋白Env上的多聚糖指纹图谱将有助我们开发出一种与之相匹配的HIV疫苗。”

破坏HIV的防御

利用这种新方法,这些研究人员能够最终观察到哪些多聚糖分子组成这种糖蛋白Env和Env是否具有任何漏洞。

这些多聚糖分子覆盖着HIV用来侵入宿主细胞的糖蛋白Env。人免疫系统想要制造抗体来结合Env和阻止感染,但是这些多聚糖分子阻止免疫细胞观察到它们的靶标和产生有用的抗体。

在TSRI,几个研究团队正在设计HIV疫苗来促进人体产生罕见的能够绕过这些多聚糖分子的“广泛中和”抗体。若要做到这一点,这些疫苗需要让免疫系统认识HIV样糖蛋白Env,从而告诉免疫系统这种多聚糖盾牌上的漏洞在何处。

在这项新的研究中,这些研究人员开发出一种方法来找出糖蛋白Env上的多聚糖组成。他们利用酶将Env降解为较小的肽片段。接着,他们利用质谱分析这些肽片段,并且观察它们属于三种类型的哪一种:含高甘露糖的多聚糖、复合型多聚糖(它们是更加成熟的多聚糖)和不含有多聚糖的位点。

尽管之前的研究已能够区分含高甘露糖的多聚糖和复合型多聚糖,但是这项研究是科学家们首次能够观察糖蛋白Env上不含有多聚糖的位点数量。事实上,这种新方法已揭示出Env所含有的漏洞并不如很多科学家们之前预测到的那么多。

这种新方法也会节省时间。之前利用质谱开展的研究需要人们手动分析这些肽片段结果,这一过程可能需要几个月的时间。在这项研究中,通过与TSRI教授John Yates实验室合作,这些研究人员成功地利用一种计算机算法快速地分析这些结果。

论文第一作者、Paulson实验室研究员Liwei Cao说,随着科学家们筛选很多HIV候选疫苗以便找到合适的疫苗来阻止许多种不断进化的HIV毒株,速度将派得上用场。

这项研究的下一步是分析自然的HIV毒株(而不只是HIV样候选疫苗)表面上的多聚糖组成和不含多聚糖的位点。Paulson说,“随后,我们能够观察这些指纹图谱是否匹配。”如果它们确实匹配,那么这些研究人员将知道他们是否处于开发能够诱导有用的抗体产生的疫苗的正确道路上。

Paulson解释道,这种新方法可能也有助抵抗具有类似的糖蛋白盾牌的病毒,比如流感病毒。事实上,这项新研究包括一个编外项目,在这个编外项目中,这些研究人员成功地在一种流感病毒蛋白上测试了他们的方法。

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