O método de imagem denominado microscopia crioeletrônica (cryo-EM) permite que os pesquisadores visualizem as formas das moléculas biológicas com um nível de detalhe sem precedentes. Agora, uma equipe liderada por pesquisadores do Salk Institute e da University of Florida está relatando como eles usaram cryo-EM para mostrar a estrutura de uma versão de um vírus chamado AAV2, avançando as capacidades da técnica e o potencial do vírus como um veículo de entrega para terapias genéticas.

"Não é um exagero dizer que esta é uma das melhores estruturas crio-EM já alcançadas neste campo, "diz Salk Professor Assistente Dmitry Lyumkis, um biólogo estrutural e co-autor sênior do estudo. "Aplicamos uma série de procedimentos diferentes que antes eram apenas descritos em teoria. Demonstramos experimentalmente, pela primeira vez, que eles podem ser usados ​​para melhorar drasticamente a qualidade desse tipo de imagem. "

Os investigadores usaram vários avanços técnicos para criar uma representação tridimensional de uma variante AAV2 (abreviação de vírus adeno-associado sorotipo 2), com resolução muito melhor do que qualquer coisa que já foi realizada antes. O estudo, que foi relatado em Nature Communications em 7 de setembro, 2018, está avançando nas aplicações metodológicas do crio-EM e, ao mesmo tempo, ajudando a desenvolver melhores terapias genéticas, incluindo tratamentos para alguns tipos hereditários de cegueira, hemofilia e doenças do sistema nervoso.

O Cryo-EM permitiu que os investigadores examinassem o funcionamento interno de estruturas minúsculas, e está mudando nossa compreensão das biomoléculas e seus mecanismos. No trabalho atual, os autores mostram que a técnica é verdadeiramente capaz de alcançar resoluções quase até o nível de um único átomo. Ele também permite que os pesquisadores derivem estruturas para complexos de proteínas inteiras, em vez de apenas porções de proteínas.

No novo estudo, os pesquisadores da Salk se concentraram em uma versão de um vírus AAV2 que apresenta uma alteração específica em um de seus aminoácidos. Esta versão é interessante porque é menos infecciosa do que alguns outros AAVs, e está sendo estudado por suas implicações importantes no ciclo de vida viral. A nova pesquisa forneceu uma explicação estrutural de porque é diferente de outros vírus, revelando mudanças importantes no portal viral usado para empacotar o DNA.

Esses estudos irão informar as aplicações de terapia genética em que um gene corretivo para uma doença é transportado dentro de um vírus, que entrega o gene a uma célula. A terapia gênica está sendo estudada para uma série de doenças causadas por mutações únicas, incluindo amaurose congênita de Leber, Distrofia muscular de Duchenne, anemia falciforme, epidermólise bolhosa juncional e hemofilia, entre outros.

"Em última análise, este tipo de pesquisa tem implicações importantes para a compreensão das interações entre esses diferentes vírus e os tipos de células que eles infectam, "diz Sriram Aiyer, pesquisador associado no laboratório de Lyumkis e um dos primeiros autores do estudo. "Isso é importante para o desenvolvimento de uma maior compreensão do sistema imunológico humano e como ele reconhece os vírus."

Professor Mavis Agbandje-McKenna, diretor do Center for Structural Biology da University of Florida e co-autor sênior do artigo, adiciona, "Esta técnica se tornará especialmente importante para o desenvolvimento de uma melhor compreensão de como esses vírus interagem com o sistema imunológico humano, que é um dos principais obstáculos restantes para a utilização desses vírus em aplicações de terapia genética. "

O tamanho e a forma do AAV2 o tornam ideal para a análise crio-EM atual. “Porque este vírus tem um alto nível de simetria, isso nos deu mais retorno para o investimento, "Lyumkis diz." Conseguimos obter 60 vezes mais informações, que nos permite aplicar novas técnicas computacionais para criar uma reconstrução melhor da molécula que será extensível a muitos futuros experimentos crio-EM de alta resolução. "

Lyumkis diz que as técnicas de geração de dados ilustradas neste estudo mostram que é possível extrapolar os resultados com microscópios de baixa voltagem do que o necessário anteriormente. No futuro, isso permitirá que os pesquisadores usem novas versões de instrumentos crio-EM que custam menos. "Os microscópios Cryo-EM são muito caros, e poucas instituições os têm agora. Essas descobertas ajudarão a abrir este campo para quase todas as instituições acadêmicas que fazem pesquisas em biologia estrutural, "ele observa.