Исследователи находят путь к лечению гепатита Е, распутывая его запутанную структуру.

В статье, опубликованной 28 февраля в журнале eLife , группа исследователей во главе с Александром Плоссом из Принстона разрешает споры о ключевом белке гепатита Е (Hep E), который может открыть путь к разработке методов лечения крошечного вируса, вызывающего огромная угроза общественному здравоохранению во всем мире.

В своей статье исследователи представляют новую модель, которая детализирует структуру и функцию белка Hep E.

«Гепатит Е — это плохо изученный РНК-вирус, который вызывает около 3 миллионов симптоматических инфекций и около 70 000 смертей в год», — сказал Плосс, профессор кафедры молекулярной биологии Принстона.

Гепатит Е обычно передается через фекальное загрязнение воды, пищи или поверхностей, поэтому вирусное заболевание чаще встречается в регионах с плохими санитарными условиями. Однако вспышки также возникают в местах с хорошими санитарными условиями, когда люди употребляют в пищу зараженные продукты, такие как верблюд или свинина. Инфицированные могут страдать лихорадкой, тошнотой и желтухой; и хотя большинство из них выздоравливают в течение двух-восьми недель, инфекция также может стать хронической. В некоторых случаях это смертельно.

«К сожалению, многие смертельные случаи происходят у беременных женщин и их нерожденных детей на поздних сроках беременности, а также среди людей с ослабленным иммунитетом», — сказал Плосс.

В настоящее время только в Китае лицензирована вакцина для предотвращения заражения гепатитом Е, и нет доступных лекарств для лечения этого заболевания после установления инфекции. Ущерб, причиняемый гепатитом Е, тем более заметен, что вирус очень мал; его геном имеет длину около 7200 нуклеотидов и содержит инструкции по созданию только трех белков.

«Структура и функция крупнейшего белка гепатита Е, называемого открытой рамкой считывания 1 — ORF1, плохо изучены», — сказал Плосс.

ORF1 — это многофункциональный белок, задачей которого является создание копий генетического материала вируса для включения в новые вирионы. По своей длине он содержит несколько отдельных областей, каждая из которых выполняет разные функции. Многие из этих областей уже были охарактеризованы, но размер и сложность ORF1 сделали белок настолько трудным для изучения, что до сих пор исследователи не понимали, как работает одна из его областей.

«Наша работа была направлена ​​на расшифровку того, как функционирует конкретная область ORF1, поскольку в настоящее время в этой области ведутся дебаты по этой теме», — сказал Роберт Ледесма, доктор философии. выпускник и первый автор исследования, проводивший исследование в качестве аспиранта в лаборатории Плосса.

Дебаты сосредоточены вокруг идеи о том, что эта часть ORF1 может работать как протеаза (то есть белок, разрезающий другие белки). Многие вирусы кодируют в своих геномах протеазу либо для превращения вирусных белков в их активную форму, либо для выключения белков-хозяев, которые могут противодействовать инфекции. Однако, когда их первоначальные эксперименты не подтвердили идею о том, что эта область обладает протеазной активностью, команде из Принстона пришлось рассмотреть другие гипотезы.

Одной из поразительных особенностей области, которую они изучали, было наличие рисунка или мотива, содержащего восемь экземпляров аминокислоты цистеина. Этот мотив появляется в каждом геноме Hep E, изученном до сих пор, что позволяет предположить, что он очень важен для ORF1. Действительно, команда из Принстона обнаружила, что ORF1 больше не может способствовать репликации гепатита Е, если любое из центральных ядер шести цистеинов заменено на другую аминокислоту.

В поисках намеков на то, что может делать этот загадочный участок, исследователи искали в базах данных белков другие белки, которые содержат тот же мотив, но функция которых уже известна. Более короткая версия мотива, содержащая только шесть цистеинов, присутствует в белках, которые связывают ион металла (например, магния или цинка), чтобы помочь стабилизировать их трехмерную форму. LeDesma и его коллеги пришли к выводу, что если область, содержащая богатый цистеином мотив ORF1, имеет аналогичную функцию, то ее трехмерная форма должна напоминать форму связывающих металл областей в этих других белках.

Другие исследовательские группы пытались, но не смогли определить трехмерную форму этой части ORF1, используя такие подходы, как спектроскопия ЯМР и рентгеновская кристаллография, потому что эта часть белка очень неупорядочена и имеет тенденцию принимать различные случайные формы, а не одинарная жесткая.

Поэтому вместо этого исследователи использовали вычислительный алгоритм под названием AlphaFold для прогнозирования трехмерной формы области. AlphaFold предсказал, что ORF1 содержит новую версию свойства, общего для белков, связывающих металлы, известного как «цинковый палец», которое необходимо для взаимодействия с ионами металлов. Последующие эксперименты показали, что способность связывать ион металла необходима ORF1 для выполнения своих функций при репликации вируса.

«Мы обнаружили, что ORF1 ведет себя как молекулярный каркас: он связывается с ионами металлов внутри клетки, чтобы принять очень специфическую форму, которая позволяет ему функционировать должным образом», — сказал Ледесма.

Другими словами, данные свидетельствуют о том, что эта область ORF1 не работает как протеаза, а работает для структурной поддержки остальной части белка. Имея более четкую картину ORF1, ученые теперь в лучшем положении, чтобы начать атаковать его.

«Наша работа представляет собой всеобъемлющую модель структуры и функции ORF1, которая, вероятно, может способствовать разработке новых терапевтических средств для этого недостаточно изученного вирусного патогена человека», — сказал Плосс.