Wissenschaftler beobachten eine ultraschnelle Bewegung des HIV-Virus auf der Oberfläche

Während das HIV-Virus aus einer menschlichen Zelle herausgleitet, um anzudocken und möglicherweise seine tödliche Ladung genetischen Codes zu injizieren, gibt es einen spektakulär kurzen Moment, in dem ein winziges Stück seiner Oberfläche aufbricht und der Infektionsprozess beginnt.

Zu sehen, wie diese Struktur in nur einer Millionstelsekunde auf- und zuschnappt, verschafft den Forschern des Duke Human Vaccine Institute (DHVI) einen neuen Griff auf die Oberfläche des Virus, der zu weitgehend neutralisierenden Antikörpern für einen AIDS-Impfstoff führen könnte. Ihre Ergebnisse erscheinen in Wissenschaftliche Fortschritte.

Von entscheidender Bedeutung wäre es, einen Antikörper gezielt an dieser kleinen Struktur anbringen zu können, der verhindert, dass sie aufplatzt.

Der bewegliche Teil ist eine Struktur namens Hüllglykoprotein, und AIDS-Forscher versuchen seit Jahren, dies herauszufinden, da es ein wichtiger Teil der Fähigkeit des Virus ist, an einen T-Zell-Rezeptor namens CD4 anzudocken. Viele Teile der Hülle sind ständig in Bewegung, um dem Immunsystem zu entgehen, aber die Immunogene des Impfstoffs sind so konzipiert, dass sie relativ stabil bleiben.

„Alles, was alle getan haben, um diese (Struktur) zu stabilisieren, wird aufgrund unserer Erkenntnisse nicht funktionieren“, sagte Hauptautor Rory Henderson, ein Strukturbiologe und außerordentlicher Professor für Medizin am DHVI. „Es ist nicht so, dass sie etwas falsch gemacht hätten; wir wussten nur nicht, dass es so weitergeht.“

Die Postdoktorandin und Co-Autorin der Studie, Ashley Bennett, bietet einen Play-by-Play-Ansatz: Während das Virus seinen besten Bindungspunkt auf einer menschlichen T-Zelle sucht, ist der CD4-Rezeptor der Wirtszelle das Erste, an dem es sich festsetzt. Diese Verbindung löst dann das Aufplatzen der Hüllenstruktur aus, wodurch wiederum eine Co-Rezeptor-Bindungsstelle freigelegt wird, „und das ist das Ereignis, das wirklich zählt.“

Sobald beide Moleküle des Virus an die Zellmembran gebunden sind, kann der Prozess der Injektion viraler RNA beginnen. „Wenn es in die Zelle gelangt, ist Ihre Infektion jetzt dauerhaft“, sagte Henderson.

„Wenn man infiziert wird, hat man das Spiel bereits verloren, weil es ein Retrovirus ist“, stimmt Bennett zu.

Die von ihnen gefundene bewegliche Struktur schützt die empfindliche Co-Rezeptor-Bindungsstelle des Virus. „Es ist auch ein Riegel, der verhindert, dass es springt, bis es zum Springen bereit ist“, sagte Henderson. Wenn man es mit einem spezifischen Antikörper festhält, kann der Infektionsprozess gestoppt werden.

Um die viralen Teile in verschiedenen offenen, geschlossenen und dazwischen liegenden Zuständen zu sehen, verwendeten Bennett und Henderson einen Elektronenbeschleuniger im Argonne National Laboratory außerhalb von Chicago, der Röntgenstrahlen in Wellenlängen erzeugt, die etwas so Kleines wie ein einzelnes Atom auflösen können. Doch diese teure, gemeinsam genutzte Ausrüstung ist sehr gefragt. Den AIDS-Forschern wurden drei 120-Stunden-Blöcke mit dem Synchrotron zugeteilt, um in Marathonsitzungen so viele Daten wie möglich zu sammeln. „Im Grunde geht man einfach so lange, bis man nicht mehr kann“, sagte Bennett.

Frühere Untersuchungen an anderer Stelle hatten argumentiert, dass Antikörper für die falschen Formen des Virus entwickelt würden, und diese Arbeit zeigt, dass dies wahrscheinlich richtig war.

„Die Frage war: Warum bekommen wir beim Impfen Antikörper an Stellen, die eigentlich blockiert werden sollten?“, sagte Henderson. Ein Teil der Antwort dürfte in dieser besonderen Struktur und ihrer Formänderung liegen.

„Es ist das Zusammenspiel zwischen der Antikörperbindung und dieser Form, das für unsere Arbeit wirklich entscheidend ist“, sagte Henderson. „Und das hat uns dazu gebracht, am Tag unserer Rückkehr vom ersten Experiment ein Immunogen zu entwickeln. Wir glauben zu wissen, wie das funktioniert.“