Антитела, нейтрализующие широкий спектр изолятов ВИЧ-1, - новая грань иммунной системы

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ Одна из важнейших тенденций развития биомедици ны последних лет - все увеличивающееся примене ние препаратов моноклональных антител. Уже более 15 лет в клиниках разных стран препараты направ ленного действия на основе антител успешно исполь зуются против целого ряда социально значимых за болеваний, а общее число таких препаратов достигло уже нескольких десятков. Различным аспектам соз дания и использования моноклональных антител по священ ряд обзоров [1, 2]. В то же время многие грани индукции и развития гуморального иммунного ответа до сих пор не понятны. Изучение широконейтрализу ющих антител (bNAbs) против ВИЧ-1 значительно расширило наши знания об антителах, но эта область продолжает стремительно развиваться. Вирус иммунодефицита человека типа 1 (ВИЧ-1), вызывающий СПИД, был открыт более 30 лет назад. По данным ВОЗ, на конец 2013 года почти 78 млн че ловек заразились ВИЧ-1, около половины из них уже нет в живых. Безопасная и эффективная вакцина про тив ВИЧ-1 позволила бы приостановить, а впослед ствии и ликвидировать распространение этого опас ного заболевания. Основное препятствие в разработке вакцины против ВИЧ-1 - чрезвычайно высокая из менчивость вируса, что позволяет ему уходить от воз действия иммунного ответа. Так, в процессе эпидемии ВИЧ-1 эволюционировал в 9 основных подтипов и их многочисленные рекомбинантные формы [3]. До начала 1990-х годов считалось, что протек тивные антитела, нейтрализующие столь активно мутирующий вирус, встречаются редко или их во обще не существует. В 90-х появились первые со общения о том, что сыворотки некоторых ВИЧ-1 инфицированных содержат антитела, способные нейтрализовать различные подтипы вируса. Эти ан титела получили название широконейтрализующих (broadly neutralizing antibodies, bNAbs) [4]. С 2009 года благодаря появлению новых клеточных техно логий резко возросло количество публикаций, посвя щенных получению новых bNAbs. В представленном обзоре рассмотрены bNAbs, которые позволяют по новому взглянуть на стратегию дизайна вакцины против ВИЧ-1. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ГЛИКОПРОТЕИНОВ ВИЧ-1 Вирионы ВИЧ-1 имеют сферическую форму диаме тром около 140 нм. Оболочка вируса состоит из двой ного слоя липидов и пронизана гликопротеиновыми шипами. Липидная оболочка происходит из плазма тической мембраны клетки, в которой реплицируется вирус, а шипы представлены тримерными гликопро теиновыми комплексами, состоящими из гликозили рованных белков: внешнего gp120 и трансмембран ного gp41. Каждая вирусная частица содержит 70-79 таких тримеров [5]. Из всех вирусных белков только они экспонированы на поверхности вириона и поэто му служат основными мишенями для антител. Они жизненно необходимы для размножения вируса, так как обеспечивают его проникновение в клетку. Гликопротеины gp120 и gp41 кодируются геном env, они называются Env и транслируются в виде единого полипротеина gp160, который тримеризует ся, а затем расщепляется фурином клетки в аппара те Гольджи. Расщепление активирует тример gp120- gp41, переводя его в метастабильное состояние, готовое к конформационному переходу. Как и другие вирусные белки слияния типа I, эти тримеры связы ваются с клеточными рецепторами, вследствие чего претерпевают конформационные изменения, при водящие к высвобождению пептида слияния (fusion peptide) - района gp41, который проникает в клеточ ную мембрану и обеспечивает слияние мембран ви руса и клетки (рис. 1). Известны пространственные структуры как отдельных фрагментов gp120 и gp41, так и тримера в целом; районы взаимодействия с CD4 и корецепторами картированы на gp120 [6]. ВИЧ-1 инфицирует клетки, несущие на своей поверхности рецептор CD4 и хемокиновые рецеп торы, состоящие из семи трансмембранных до менов, обычно CCR5 или CXCR4. К таким клеткам относятся Т-хелперные лимфоциты (Th), макро фаги, фолликулярные дендритные клетки, клетки островков Лангерганса, клетки микроглии головного мозга. Вирус также способен инфицировать широкий спектр CD4-негативных клеток, обладающих рецеп торами хемокинов: астроциты мозга, эпителий шейки матки, почек и кишечника, эндотелиальные клетки капилляров мозга и шейки матки, клетки рогови цы глаза. Без CD4 аффинность связывания вируса с клеткой значительно ниже [7]. Без взаимодействия с корецепторами не происходит слияния мембран вируса и клетки, вирус поглощается клеткой путем эндоцитоза и впоследствии обычно инактивируется, а его генетический материал не попадает в цитоплаз му [7]. Благодаря высокой скорости накопления мутаций изменяется аминокислотный состав белков ВИЧ-1. Однако ряд фрагментов в белках, обеспечивающих взаимодействие вируса с CD4 и CCR5, консервати вен. На gp120 вариабельные районы (V1, V2, V3, V4, V5) чередуются с консервативными (C1, C2, C3, C4 и C5). Вариабельные петли стерически закрывают консервативные регионы от взаимодействия с ан тителами [8]. Показано, что антитела в организме больных нарабатываются, в первую очередь, на ва риабельные районы, и за счет высокой скорости на копления мутаций вирус легко уходит от этих анти тел [9, 10]. Еще один механизм, с помощью которого вирус скрывается от иммунного ответа, - гликози лирование. Известно, что gp120 имеет около 25 сай тов N-гликозилирования, и углеводы экранируют белковую поверхность комплекса [8]. Мутации вы зывают перемещение сайтов гликозилирования gp120, что приводит к изменению антигенного пор трета вируса [11]. Вирус, у которого удалили части вариабельных петель и некоторые сайты гликози лирования, остается жизнеспособным, но он более чувствителен к нейтрализации поликлональной сы вороткой. Это заставляет предполагать, что основная функция этих районов - маскировка других регионов Env от антител [12]. Учитывая все особенности Env, полагали, что протективные антитела не могут воз никнуть в процессе ВИЧ-инфекции. Действительно, информации об антителах, спо собных нейтрализовать ВИЧ, в первые годы было очень мало. В связи с тем, что организм человека не способен самостоятельно сдерживать вирусную нагрузку, было принято считать, что такие антитела либо не нарабатываются, либо это происходит край не редко [18-20]. Позже стали поступать сообщения о ВИЧ-1-инфицированных, чьи сыворотки содер жали антитела, способные нейтрализовать не толь ко лабораторно-адаптированные штаммы, но и раз личные первичные изоляты вируса [21-26]. Вначале полагали, что такие широконейтрализующие анти тела (bNAbs) появляются у небольшой части ВИЧ инфицированных [20, 27]. В дальнейшем bNAbs выявили примерно у 30% носителей ВИЧ, инфициро ванных не менее года назад [23, 28, 29]. Совсем недав но показали, что подобные антитела можно зареги стрировать более чем у половины инфицированных [30]. При этом у 1% носителей формируются анти тела, обладающие необычно высокой способностью нейтрализовать широкий спектр первичных изоля тов, а также до 99% известных на сегодняшний день изолятов ВИЧ-1 [31]. Изучение свойств bNAbs и регионов ВИЧ-1, с ко торыми они взаимодействуют, позволяет получить не только фундаментальные знания о природе этого уникального явления, но и весьма полезно для иссле дований, направленных на создание вакцины. В настоящее время выделяют пять так назы ваемых регионов уязвимости - районов тримера gp41-gp120 ВИЧ, с которыми связываются bNAbs. В каждом из них расположено несколько перекры вающихся эпитопов различных bNAbs. Один из ре гионов уязвимости совпадает с участком связывания CD4 на gp120 (CD4bs - от английского CD4 binding site). Еще два региона расположены исключитель но на gp120 - это район связывания антител PG9 и PG16 и область около петли V3. К таким регио нам относятся также область gp41 около мембраны (MPER) и граница gp120 и gp41. Регионы уязвимости схематично изображены на рис. 2. Информация об основных bNAbs представле на в таблице, где приведена их классификация со гласно регионам связывания и хронологии открытия. Серым цветом в таблице выделены антитела, кото рые относятся к bNAbs первого поколения. ПЕРВОЕ ПОКОЛЕНИЕ bNAbs Хронологию открытия нейтрализующих ВИЧ-1 антител широкого спектра действия можно условно разделить на два периода. Первые сообщения об ан тителах с подобными характеристиками появились в начале 1990-х годов прошлого века. В их число вхо дят IgG1b12, 2G12, 2F5, Z13 и 4E10. Первым при помощи техники фагового дисплея по лучили IgG1b12, которое связывается с CD4bs - кон сервативным районом gp120 [4]. b12 было выделено в виде Fab-фрагмента путем селекции из иммунной фаговой библиотеки антител, полученной из кост ного мозга ВИЧ-инфицированного нон-прогрессора. Сочетание тяжелой и легкой частей этого антитела было случайным, поэтому в природе такое антитело может не встречаться [32]. Антитело 2G12 взаимодействует с α1→2 маннозны ми остатками gp120 в районе вариабельных петель V3 и V4 [33] и имеет уникальное строение. Тяжелые цепи этого антитела перекрещиваются, каждая легкая цепь взаимодействует с константным доме ном одной тяжелой цепи и вариабельным доменом другой, в результате чего Fab-фрагменты необыч но близко примыкают друг к другу. Подобное анти- ВИЧ-антитело выделено только от одного больного. Эпитоп, узнаваемый 2G12, является конформацион ным, он сильно зависит от гликозилирования остат ков аспарагина в С2-, С3-, С4-доменах и петле V4. bNАbs 2F5 и 4E10 узнают линейные перекрыва ющиеся фрагменты в области MPER-региона gp41, при этом оба антитела обладают полиреактивностью [34]. Эти антитела способны одним Fab-фрагментом прочно связываться с MPER-регионом, а вторым вза имодействовать с другими антигенами на поверхно сти ВИЧ, хотя и менее прочно, что и обуславливает их способность нейтрализовать широкий спектр пер вичных изолятов вируса [34]. Антитело Z13, как и IgG1b12, получено с помощью технологии фагового дисплея. Позже с целью повы шения аффинности путем внесения аминокислотных замен в последовательность паратопа был получен его клональный вариант Z13e1. Это позволило полу чить антитело, обладающее примерно в 35 раз боль шей силой связывания, чем исходный вариант [19, 35, 36]. Исследования, выполненные на больших пане лях псевдовирусов различных подтипов, показали, что антитела первого поколения обладают, в целом, умеренной широтой и эффективностью нейтрализа ции. Для достижения эффективной нейтрализации различных изолятов ВИЧ-1 необходимы смеси этих антител в высокой концентрации, что представляет весьма сложную задачу. В то же время на приматах показано, что использование для пассивной имму низации смеси нейтрализующих антител b12, 4E10, 2F5 и 2G12 защищает обезьян от инфицирования вирусом SHIV89.6P [37]. Данный факт существенно стимулировал дальнейшие работы по поиску новых bNAbs. bNAbs ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ Довольно долгое время попытки получить нейтра лизующие антитела с лучшими характеристиками были безрезультатными. Лишь в 2009 году удалось обнаружить bNAbs с более высокой эффективностью и способностью нейтрализовать большее разнообразие первичных изолятов ВИЧ-1. К успеху привело использование комбинации трех стратегий: отбор сывороток хронических больных, содержащих высо коаффинные и кросс-реактивные нейтрализующие антитела; использование новых подходов селекции и скрининга клонов В-клеток; разработка высокопро изводительных методов выделения моноклональных антител человека. Обнаружение в 2009-2010 году антител VRC01 [38] и PG9/PG16 [39] стало ключевым событием в изуче нии bNAbs. Эти антитела примечательны тем, что, во-первых, способны нейтрализовать огромное раз нообразие первичных изолятов ВИЧ-1, а во-вторых, обладают высокой эффективностью нейтрализа ции, т.е. концентрации этих антител, обеспечиваю щие эффективную нейтрализацию вируса, на по рядок меньше, чем у антител первого поколения. VRC01, например, способно нейтрализовать до 93%, PG9/PG16 - до 80% первичных изолятов ВИЧ-1, в то время как b12 (bNAbs первого поколения) ней трализует только 35% [40]. Получение VRC01 стало возможным благодаря специальному подходу, разработанному Дж. Маскола и соавт. [38]. Были сконструированы белки-«наживки», представляющие собой рекомбинантные формы стабилизированного gp120 с измененной по верхностью, названные RSC (Resurfaced Stabilized Core). С целью лучшего доступа антител к нужной области в RSC удалены три вариабельные петли, а поверхностные аминокислотные остатки заменены таким образом, чтобы ни одна область gp120, за ис ключением CD4bs, не распознавалась циркулирую щими в организме антителами. Кроме того, для про ведения негативной селекции получен вариант ΔRSC, имеющий мутантный участок связывания с CD4. С использованием RSC выявлены сыворотки ВИЧ положительных пациентов, содержащие антитела к CD4bs. Из их крови выделено более 25 млн B-клеток памяти, которые инкубировали с RSC и ΔRSC, поме ченными флуорохромами. Затем при помощи про точного цитофлуориметра-сортера отобрали редко встречающиеся В-лимфоциты, специфичные только к CD4bs. После этого с использованием технологии single-cell RT-PCR [41] получили кДНК, кодирующие легкие и тяжелые цепи антител индивидуальных B-лимфоцитов, которые затем клонировали в специ альных векторах экспрессии [38]. Антитела PG9 и PG16 были выделены несколь ко раньше, чем VRC01. Для поиска этих антител, как и VRC01, использовали авторскую методику [39]. На первом этапе проводили сортировку активиро ванных В-клеток ВИЧ-инфицированных. Проверяли способность антител из этих клеток нейтрализовать первичные изоляты ВИЧ-1 (JR-CSF и SF162) и свя зывать рекомбинантные аналоги гликопротеинов gp120 и gp41. В результате отобрали клоны В-клеток, с использованием мРНК из которых получили реком бинантные антитела. На следующем этапе из боль шого набора антител отобрали пять с лучшими характеристиками нейтрализации панели псевдови русов. Два из пяти антител, названные PG9 и PG16, обладали способностью нейтрализовать широкий спектр первичных изолятов ВИЧ-1. РЕГИОНЫ УЯЗВИМОСТИ Env И bNAbs ПРОТИВ НИХ Регион CD4bs Наибольшее внимание с момента выделения bNАbs второго поколения привлекало антитело VRC01. Это стало следствием того, что VRC01, обладая превос ходными характеристиками нейтрализации, взаи модействует с тримером gp120 в одном из наиболее консервативных участков этого комплекса, а именно, в месте связывания молекулы gp120 с рецептором CD4 на поверхности лимфоцитов (CD4bs). Именно CD4bs как центральный регион уязвимости пред ставляется наиболее очевидной и привлекательной мишенью для антител, способных нейтрализовать антигенно гетерогенную популяцию вируса (рис. 2A). Существование подобных антител предполагалось ранее [24, 42]. Однако, кроме «искусственного» ан титела b12, долгое время не удавалось обнаружить другие антитела к этому региону. Новая методика выделения антител позволила получить три bNАbs (VRC01, VRC02 и VRC03), связывающихся с CD4bs. Все они оказались соматическими вариантами, близ кими по своим характеристикам, при этом VRC03 проявлял намного меньшую широту нейтрализации [38]. Уже первые эксперименты показали, что ан титело VRC01 имеет ряд особенностей, в первую очередь, высокий уровень соматических мутаций в гипервариабельных областях. Обычно количе ство соматических мутаций в антителах составляет 5-20%, у VRC01 этот показатель достигает 40%. Еще одна особенность этого антитела - сходство структу ры вариабельного домена антитела и структуры ре цептора CD4 Т-хелперных клеток. Взаимодействие вариабельного домена VRC01 частично имитирует взаимодействие рецептора CD4 с CD4bs на поверх ности gp120 [13]. При этом взаимодействие антитела стерически более точно, что и позволяет ему дости гать впечатляющих результатов в реакции нейтра лизации. Несмотря на достаточно близкую имитацию рецептора CD4, взаимодействие VRC01 с gp120 име ет ряд отличий. При взаимодействии молекулы CD4 с поверхностью тримера Env в субъединице gp120 происходят структурные перестройки, в то время как при сходном контакте антитела VRC01 с тримером таких изменений не возникает. Напротив, ан титело закрепляет промежуточную конформацию тримера, препятствующую проникновению вируса в клетку [43]. Вслед за выделением VRC01 последовали рабо ты, в которых с использованием аналогичного под хода выделили еще ряд CD4bs-связывающих ан тител, таких, как PGV04, CH30-34 [44], 3BNC117, 3BNC60, 3BNC55, 12A21, 12A12, 8ANC195, 8ANC131, 8ANC134, NIH45-46, 1NC9, 1B2530 [45]. Несмотря на то что все эти антитела взаимодей ствуют с регионом CD4bs на поверхности gp120, детали этого взаимодействия могут существен но различаться [45]. Например, некоторые из них при связывании с мономером gp120 способны вызы вать конформационные изменения, подобные тем, ко торые вызывает CD4-рецептор, в то время как дру гие такой способностью не обладают [46]. Кроме того, антитела, связывающиеся с CD4bs, несмотря на их структурную близость, могут быть продуктами раз личных генов, что позволяет выделять подклассы среди VRC01-подобных антител [47]. Отдельно необходимо упомянуть антитело NIH45-46G54W. Получение этого антитела стало результа том теоретической работы по улучшению одного из наиболее эффективных антител, связывающих ся с CD4bs, - NIH45-46. Анализ модели комплекса NIH45-46 с gp120, полученной на основе рентгено графических данных, дал основание предполагать, что замена глицина в позиции 54 на триптофан повы сит площадь контакта между антителом и вирусным гликопротеином. В результате направленного мута генеза по замещению глицина на триптофан полу чено антитело NIH45-46G54W, которое действительно обладает повышенной широтой и эффективностью нейтрализации [48]. Регион связывания PG9 и PG16 Антитела PG9 и PG16, представляющие собой со матические варианты, отличаются широтой нейтра лизации. Так, PG9 нейтрализует 78% псевдовирусов панели, в то время как PG16 - 73%. Более того, эф фективность нейтрализации некоторых псевдови русов этими антителами различается на 2 порядка. Это может говорить о том, что эпитопы, с которыми взаимодействуют антитела PG9 и PG16, несколько различаются. Во взаимодействии PG9/PG16 с тримером gp120 важное значение имеют углеводы, связанные с остатками аспарагина в положении 156 и 160. В от личие от полученного ранее антитела 2G12, которое взаимодействует с гликанами аспарагинов N332, N339 и N392 [33], во взаимодействие с PG9 и PG16 вовлечены не только углеводы, но и аминокислот ные остатки gp120 в районе второй и третьей вари абельных петель (V2, V3) [39]. Искусственные белки, имитирующие структуру контактирующего с PG9 региона gp120, позволили выяснить детали взаимо действия PG9 с антигеном. Центральная роль в ста билизации комплекса PG9-gp120 принадлежит тре тьей вариабельной петле тяжелой цепи антитела (CDR H3), которая имеет ряд структурных особен ностей. Необычайная длина этой петли - 30 амино кислотных остатков, позволяет ей, проникая мимо связанных с gp120 углеводов, достигать поверхности белка в районе петель V2 и V3 гликопротеина gp120. Вершина петли имеет молотообразное строение, об разованное двумя β-складками. Внешняя β-складка CDR H3 антитела образует четыре водородных связи с β-складкой в основании петли V2 (рис. 3). Кроме во дородных связей, немаловажную роль в связывании антитела с эпитопом играет взаимодействие отрица тельно заряженной CDR H3 с углеводами, связанны ми с остатками аспарагина в позициях N160 и N156. Площадь контакта между третьей вариабельной пет лей и углеводами составляет не менее половины об щей площади взаимодействия этого антитела с gp120 [14]. Предполагается, что это взаимодействие частич но имитирует природное взаимодействие тримера gp120 c поверхностью клетки [49]. Антитела PG9 и PG16 - первые из идентифициро ванных bNАbs, которые взаимодействуют со вторым регионом уязвимости Env, включающим аминокис лотные остатки петель V1/V2 и олигоманнозные це почки в позициях 160 и 156 (или 176) (рис. 2Б). Позже получили ряд широконейтрализующих антител, таких, как CH01-04 [50] и PGT141-145 [51], которые связываются с этим регионом [14]. Отличительная черта всех этих антител - необычайная длина CDR H3, позволяет им не только эффективно преодоле вать углеводный щит gp120, но и взаимодействовать с углеводами, что вносит большой вклад в связыва ние антитела с вирусным гликопротеином [14]. Регион петли V3 Центральные элементы еще одного региона уязви мости тримера gp120, с которым взаимодействует существенное число широконейтрализующих анти тел, - гликан аспарагина N332, обогащенный остат ками маннозы, и фрагмент третьей вариабельной петли (V3) (рис. 2В) [15]. К группе антител, связы вающихся с этим районом, можно отнести антите ло первого поколения 2G12, поскольку углеводные остатки на поверхности gp120, образующие эпитоп 2G12, расположены в этом же регионе. Все другие bNАbs, связывающиеся с этим регионом, использу ют, кроме углеводов, аминокислотные остатки gp120 (таблица). Структурная организация этих антител, как и PG9-подобных антител, определяется воз можной доступностью белкового остова. Антитела PGT127-128 имеют удлиненную петлю CDR Н2, а ан титело PGT135 - удлиненную CDR Н1 [52]. Антитело PGT135 использует две удлиненные петли (CDR Н1 и CDR Н3) для проникновения сквозь углеводный щит gp120, при этом более существенный вклад вносит CDR Н3. Помимо контакта с белковой частью gp120, обе цепи антитела взаимодействуют и с прилегающими гликанами. CDR Н3 взаимодей ствует с гликанами аспарагинов N332, N386 и N392, а CDR Н1 - только с гликаном N386. Как и у антитела PG9, площадь контакта PGT135 с углеводной частью эпитопа составляет не менее половины от общей пло щади контакта и вносит решающий вклад в суммар ную энергию связывания антитела с эпитопом [15]. Меньшую роль углеводы играют во взаимодействии антитела с gp120 другого bNAbs, PGT128. Это анти тело также взаимодействует с гликаном N332, однако основная роль принадлежит гликану N301, который взаимодействует как с CDR H3, так и с CDR H2. CDR H2 за счет удлиненной структуры вносит заметный вклад во взаимодействие антитела с gp120. Однако более важна небольшая β-складка на вершине CDR H3 и β-складчатый участок петли V3 gp120. Именно этот контакт за счет образования водородных связей наиболее значим для взаимодействия PGT128 с Env [53]. Стоит отметить еще два антитела, связывающихся с этим регионом, - PGT121 и 10-1074, которые, в от личие от 2G12, PGT135 и PGT128, взаимодействуют с гликанами сложного типа, менее представленными на поверхности Env, чем с гликанами олигоманноз ного типа [54]. Если расположить антитела 2G12, PGT135 и PGT128 по степени участия углеводов в их взаи модействии с антигеном, то первым в ряду будет 2G12, взаимодействующее только с углеводами. Вторым - PGT135, у которого взаимодействие с угле водами вносит больший вклад, чем взаимодействие с аминокислотным остовом. Последнее в ряду - PGT128, взаимодействие которого в большей степе ни определяется контактом CDR H3 с аминокислот ными остатками петли V3. Интересно, что в этом ряду по мере роста участия белковой части растет широта нейтрализации (см. таблицу). Из этого мож но сделать вывод, что широта нейтрализации зави сит от доли, которую во взаимодействии антитела с антигеном занимает белковый контакт. Антитело 2G12, взаимодействующее только с углеводами, хотя и способно нейтрализовать ряд изолятов, тем не ме нее, обладает умеренной широтой нейтрализации, и напротив, при большой доле участия белка во вза имодействии наблюдается максимальная широта нейтрализации. Можно предположить, что исполь зование иммуногенов, индуцирующих наработку антител, которые связываются только с углеводами на поверхности тримера Env, не будет приводить к образованию достаточно эффективных bNAbs. Регион MPER Четвертый регион уязвимости - MPER gp41. Этот регион, как и регион CD4bs, долгое время рассма тривали как одну из предпочтительных мишеней для широконейтрализующих антител. Как и реги он CD4bs, MPER gp41 обладает высокой степенью консервативности. Это связано с тем, что регион MPER - это ключевой элемент в процессе слияния вирусной мембраны и мембраны клетки, и выполне ние этой функции требует сохранения постоянства аминокислотного состава. Действительно, bNAbs, связывающиеся с этим регионом, найдены одними из первых. Однако изучение ВИЧ-инфицированных, чьи сыворотки обладали способностью нейтрали зовать широкий спектр первичных изолятов ВИЧ-1, показало, что связывающиеся с этим регионом bNАbs встречаются редко. Более того, моноклональ ные антитела 2F5, 4E10, Z13 к этому региону обла дают полиреактивностью. В то же время в 2012 году обнаружили антитело 10Е8 (таблица), связываю щееся с этим регионом и способное нейтрализовать чрезвычайно большой спектр первичных изолятов ВИЧ-1 (до 99%), не обладая при этом полиреактив ностью. Регион на границе gp120 и gp41 Совсем недавно были открыты bNAbs, связы вающиеся одновременно с gp120 и gp41 [17, 55]. Как и у большинства bNАbs (кроме связывающихся с регионом MPER gp41), во взаимодействии с эти ми антителами со стороны Env принимают участие углеводы, однако, в отличие от других антител, углеводы, критичные для связывания антител се рии PGT151-158 [56] и 8ANC195 [17], располагаются на gp41. Большинство структурных особенностей у этих антител общие с уже известными bNAbs. Так, антитело 8ANC195 имеет удлиненную петлю CDR H3 и выступающий каркасный участок FWR3. Такая структура позволяет антителу успешно проникать мимо гликанов N234 и N276, контактируя с петлей D и V5 gp120 [17]. Антитело PGT151 обладает уд линенными петлями CDR H3 и CDR L1 и способно взаимодействовать с Env в конформации, которую этот комплекс образует перед слиянием вирусной и клеточной мембран. Интересную особенность ан тител серии PGT151-158 представляет их способ ность опосредовать антителозависимую клеточную цитотоксичность [56]. ВЫВОДЫ Открытие и изучение широконейтрализующих ан тител против ВИЧ-1 стало важной вехой в разви тии знаний о механизмах гуморального иммунного ответа. Несмотря на то что появление этих анти тел в организме не позволяет избежать развития СПИДа и полностью элиминировать вирус, на их примере мы видим удивительный спектр адаптив ных возможностей В-клеточного иммунитета, позво ляющих противодействовать даже таким изощрен ным вирусам, как ВИЧ-1. Изучение широконейтрализующих антител пока зывает, что иммунная система, несмотря на посто янный «уход» ВИЧ-1 от иммунного ответа, обладает способностью за счет механизмов соматического му тагенеза вести отбор антител, которые могут, в ко нечном итоге, связываться с небольшим числом «замаскированных» константных участков белков вируса и нейтрализовать его. Необычно высокая нейтрализующая способность bNAbs связана, в основном, с их структурными осо бенностями. Прежде всего, обращает на себя внима ние строение гипервариабельных петель, участвую щих в связывании антигена. За счет аминокислотных вставок петли CDR, особенно CDR H3, удлиняются, что позволяет им преодолевать углеводный щит Env, достигая константного белкового «дна». Более того, форма самих петель изменяется, обеспечивая максимально возможную площадь контакта петли с анти геном. Важная особенность, очень часто наблюдаемая у широконейтрализующих антител против ВИЧ-1, - вовлечение углеводных остатков gp120-gp41 в свя зывание с антителом. В комплексе с небольшими кон стантными участками белка углеводы оказываются прекрасной мишенью для таких антител. Более того, зачастую углеводы вносят равный и даже больший вклад в суммарную энергию связывания антитела с антигеном. Еще один интересный механизм, которым могут пользоваться bNAbs - это мимикрия. Один из регио нов уязвимости Env ВИЧ-1 - регион взаимодействия gp120 с рецептором CD4 Т-клеток. Паратоп антител, связывающихся с этим регионом, имитирует струк туру рецептора CD4 и тем самым обеспечивает вы сокую надежность и специфичность взаимодействия. Все эти открытия, с одной стороны, раскрывают огромный потенциал, которым обладает иммунная система для противодействия патогенам, а с другой, позволяют утверждать, что вакцина, способная вы звать наработку широконейтрализующих антител, сможет защитить от этой инфекции.

Об авторах

Д. Н. Щербаков

Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор»; Алтайский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: scherbakov_dn@vector.nsc.ru
Россия

A. Ю. Бакулина

Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор»; Новосибирский государственный университет

Email: scherbakov_dn@vector.nsc.ru
Россия

Л. И. Карпенко

Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор»

Email: scherbakov_dn@vector.nsc.ru
Россия

A. A. Ильичев

Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор»

Email: scherbakov_dn@vector.nsc.ru
Россия

Список литературы

Дополнительные файлы