Il metodo di imaging chiamato microscopia crioelettronica (crio-EM) consente ai ricercatori di visualizzare le forme delle molecole biologiche con un livello di dettaglio senza precedenti. Ora, un team guidato da ricercatori del Salk Institute e dell'Università della Florida sta riportando come hanno usato la crio-EM per mostrare la struttura di una versione di un virus chiamato AAV2, facendo progredire le capacità della tecnica e il potenziale del virus come veicolo di somministrazione per le terapie geniche.

"Non è un'esagerazione dire che questa è una delle migliori strutture crio-EM che sia mai stata realizzata in questo campo, " dice il professore assistente di Salk Dmitry Lyumkis, un biologo strutturale e co-autore senior dello studio. "Abbiamo applicato una serie di procedure diverse che in precedenza erano state descritte solo in teoria. Abbiamo dimostrato sperimentalmente, per la prima volta, che possono essere utilizzati per migliorare notevolmente la qualità di questo tipo di imaging."

I ricercatori hanno utilizzato diversi progressi tecnici per creare una rappresentazione tridimensionale di una variante di AAV2 (abbreviazione di virus adeno-associato sierotipo 2), con una risoluzione molto migliore di quanto sia mai stato realizzato prima. Lo studio, che è stato riportato in Comunicazioni sulla natura il 7 settembre 2018, sta portando avanti le applicazioni metodologiche della crio-EM aiutando anche a sviluppare migliori terapie geniche, compresi i trattamenti per alcuni tipi ereditari di cecità, emofilia e malattie del sistema nervoso.

Cryo-EM ha permesso ai ricercatori di scrutare il funzionamento interno di minuscole strutture, e sta cambiando la nostra comprensione delle biomolecole e dei loro meccanismi. Nel lavoro attuale, gli autori mostrano che la tecnica è veramente in grado di raggiungere risoluzioni quasi al livello del singolo atomo. Consente inoltre ai ricercatori di derivare strutture per interi complessi proteici, piuttosto che solo porzioni di proteine.

Nel nuovo studio, gli investigatori di Salk si sono concentrati su una versione di un virus AAV2 che ha un particolare cambiamento in uno dei suoi amminoacidi. Questa versione è interessante perché è meno contagiosa di altri AAV, ed è oggetto di studio per le sue importanti implicazioni nel ciclo di vita virale. La nuova ricerca ha fornito una spiegazione strutturale del perché è diverso da altri virus, rivelando cambiamenti chiave nel portale virale utilizzato per confezionare il DNA.

Tali studi informeranno le applicazioni di terapia genica in cui un gene correttivo per una malattia è trasportato all'interno di un virus, che consegna il gene a una cellula. La terapia genica è allo studio per una serie di malattie causate da singole mutazioni, tra cui amaurosi congenita di Leber, Distrofia muscolare di Duchenne, anemia falciforme, epidermolisi bollosa giunzionale ed emofilia, tra gli altri.

"In definitiva, questo tipo di ricerca ha importanti implicazioni per comprendere le interazioni tra questi diversi virus e i tipi di cellule che infettano, "dice Sriram Aiyer, un ricercatore associato nel laboratorio di Lyumkis e uno dei primi autori dello studio. "Questo è importante per sviluppare una maggiore comprensione del sistema immunitario umano e di come riconosce i virus".

Professore Mavis Agbandje-McKenna, direttore del Center for Structural Biology presso l'Università della Florida e co-autore senior del documento, aggiunge, "Questa tecnica diventerà particolarmente importante per sviluppare una migliore comprensione di come questi virus interagiscono con il sistema immunitario umano, che è uno dei principali ostacoli rimasti all'utilizzo di questi virus nelle applicazioni di terapia genica".

Le dimensioni e la forma di AAV2 lo hanno reso ideale per l'attuale analisi crio-EM. "Poiché questo virus ha un alto livello di simmetria, ci ha dato più rapporto qualità-prezzo, "Dice Lyumkis. "Siamo stati in grado di ottenere 60 volte più informazioni, che ci consente di applicare nuove tecniche computazionali per creare una migliore ricostruzione della molecola che sarà estendibile a molti futuri esperimenti crio-EM ad alta risoluzione".

Lyumkis afferma che le tecniche di generazione dei dati illustrate in questo studio mostrano che è possibile estrapolare i risultati con microscopi a basso voltaggio rispetto a quanto richiesto in precedenza. Nel futuro, ciò consentirà ai ricercatori di utilizzare nuove versioni di strumenti crio-EM che costano meno. "I microscopi Cryo-EM sono molto costosi, e non molte istituzioni li hanno in questo momento. Questi risultati aiuteranno ad aprire questo campo a quasi tutte le istituzioni accademiche che fanno ricerca sulla biologia strutturale, " fa notare.