De beeldvormingsmethode genaamd cryo-elektronenmicroscopie (cryo-EM) stelt onderzoekers in staat om de vormen van biologische moleculen te visualiseren met een ongekend detailniveau. Nutsvoorzieningen, een team onder leiding van onderzoekers van het Salk Institute en de Universiteit van Florida rapporteert hoe ze cryo-EM hebben gebruikt om de structuur te laten zien van een versie van een virus genaamd AAV2, het bevorderen van de mogelijkheden van de techniek en het potentieel van het virus als een leveringsvehikel voor gentherapieën.

"Het is niet overdreven om te zeggen dat dit een van de beste cryo-EM-structuren is die ooit op dit gebied zijn bereikt, " zegt Salk-assistent-professor Dmitry Lyumkis, een structureel bioloog en co-senior auteur van de studie. "We hebben een aantal verschillende procedures toegepast die voorheen alleen in theorie werden beschreven. We hebben experimenteel aangetoond, Voor de eerste keer, dat ze kunnen worden gebruikt om de kwaliteit van dit soort beeldvorming drastisch te verbeteren."

De onderzoekers gebruikten verschillende technische ontwikkelingen om een ​​driedimensionale weergave te maken van een AAV2-variant (afkorting van adeno-associated virus serotype 2). met een veel betere resolutie dan ooit tevoren. De studie, die werd gemeld in Natuurcommunicatie op 7 sept. 2018, bevordert methodologische toepassingen van cryo-EM en helpt tegelijkertijd om betere gentherapieën te ontwikkelen, inclusief behandelingen voor sommige erfelijke vormen van blindheid, hemofilie en ziekten van het zenuwstelsel.

Cryo-EM heeft onderzoekers in staat gesteld om in de innerlijke werking van kleine structuren te kijken, en verandert ons begrip van biomoleculen en hun mechanismen. In het huidige werk de auteurs laten zien dat de techniek echt in staat is om resoluties te bereiken die bijna op het niveau van het enkele atoom liggen. Het stelt onderzoekers ook in staat structuren af ​​te leiden voor hele eiwitcomplexen, in plaats van alleen porties eiwitten.

In de nieuwe studie de Salk-onderzoekers concentreerden zich op een versie van een AAV2-virus met een bepaalde verandering in een van zijn aminozuren. Deze versie is interessant omdat hij minder besmettelijk is dan sommige andere AAV's, en wordt bestudeerd vanwege de belangrijke implicaties ervan in de virale levenscyclus. Het nieuwe onderzoek leverde een structurele verklaring voor waarom het anders is dan andere virussen, door belangrijke veranderingen te onthullen in het virale portaal dat wordt gebruikt om DNA te verpakken.

Dergelijke studies zullen gentherapie-toepassingen informeren waarin een corrigerend gen voor een ziekte in een virus wordt gedragen, die het gen aan een cel aflevert. Gentherapie wordt bestudeerd voor een aantal ziekten veroorzaakt door enkelvoudige mutaties, inclusief Leber congenitale amaurose, Duchenne spierdystrofie, sikkelcelanemie, junctionele epidermolysis bullosa en hemofilie, onder andere.

"Uiteindelijk, dit soort onderzoek heeft belangrijke implicaties voor het begrijpen van de interacties tussen deze verschillende virussen en de soorten cellen die ze infecteren, " zegt Sriram Aiyer, een onderzoeksmedewerker in het laboratorium van Lyumkis en een van de eerste auteurs van de studie. "Dit is belangrijk voor het ontwikkelen van een beter begrip van het menselijke immuunsysteem en hoe het virussen herkent."

Professor Mavis Agbandje-McKenna, directeur van het Center for Structural Biology aan de Universiteit van Florida en co-senior auteur van het artikel, voegt toe, "Deze techniek zal vooral belangrijk worden voor het ontwikkelen van een beter begrip van hoe deze virussen interageren met het menselijke immuunsysteem, dat is een van de belangrijkste resterende hindernissen voor het gebruik van deze virussen in toepassingen voor gentherapie."

De grootte en vorm van AAV2 maakten het ideaal voor de huidige cryo-EM-analyse. "Omdat dit virus een hoge mate van symmetrie heeft, het gaf ons meer waar voor je geld, " zegt Lyumkis. "We waren in staat om 60 keer meer informatie te krijgen, wat ons in staat stelt om nieuwe computationele technieken toe te passen om een ​​betere reconstructie van het molecuul te creëren die uitbreidbaar zal zijn naar veel toekomstige cryo-EM-experimenten met hoge resolutie."

Lyumkis zegt dat de technieken voor het genereren van gegevens die in dit onderzoek worden geïllustreerd, aantonen dat het mogelijk is om bevindingen te extrapoleren met microscopen met een lager voltage dan voorheen nodig was. In de toekomst, hierdoor kunnen onderzoekers nieuwe versies van cryo-EM-instrumenten gebruiken die minder kosten. "Cryo-EM-microscopen zijn erg duur, en niet veel instellingen hebben ze op dit moment. Deze bevindingen zullen helpen dit veld open te stellen voor bijna elke academische instelling die structureel biologieonderzoek doet, " merkt hij op.