Люди, инфицированные вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), могут предотвратить симптомы СПИДа благодаря лекарственным коктейлям, которые в основном нацелены на три фермента, продуцируемые вирусом, но периодически появляются устойчивые штаммы, которые угрожают помешать этим комбинациям лекарств.
Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и Национального института здоровья вместо этого сосредоточились на четвертом белке, Nef, который захватывает белки хозяина и имеет важное значение для летальности ВИЧ. Исследователи сделали снимок с высоким разрешением Nef, связанного с основным белком-хозяином, и обнаружили часть белка-хозяина, которая станет многообещающей мишенью для следующего поколения препаратов против ВИЧ. Блокируя часть ключевого белка-хозяина, с которой связывается Nef, можно замедлить или остановить распространение ВИЧ.
"Мы впервые визуализировали молекулярные детали," сказал структурный биолог Джеймс Х. Херли, профессор молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Беркли. "Обладая этими деталями, мы находимся на значительном расстоянии от разработки лекарств, которые блокируют сайт связывания и тем самым блокируют инфекционность ВИЧ."
Херли, клеточный биолог Хуан Бонифачино из Национального института здоровья детей и развития человека Юнис Кеннеди Шрайвер (NICHD) Национального института здоровья и их коллеги сообщают о своих выводах в статье, опубликованной в январе. 28 из открытого доступа онлайн-журнала eLife.
Отчет появился через месяц после того, как президент Барак Обама пообещал перенаправить 100 миллионов долларов из бюджета Национального института здравоохранения на ускорение разработки лекарства от СПИДа, хотя методы лечения, чтобы остановить симптомы СПИДа, по-прежнему будут необходимы в ближайшем будущем, сказал Бонифачино.
"Для многих пациентов современные лекарственные препараты превратили ВИЧ-инфекцию в хроническое заболевание, которое не приводит к СПИДу, но все, что мы можем разработать для дальнейшего вмешательства в репликацию и распространение вируса, поможет держать его под контролем, пока мы не найдем способ избавиться от него. полностью исключить вирус из организма," он сказал.
ВИЧ захватывает клеточные механизмы
ВИЧ содержит небольшое количество генов, которые производят только 15 различных белков, каждый из которых захватывает некоторые аспекты внутреннего механизма иммунных клеток, чтобы производить больше копий вируса.
Современные препараты против СПИДа блокируют три фермента ВИЧ – белки, которые расшифровывают и вставляют генетический материал вируса, а также отсекают некоторые из закодированных белков – но теперь исследователи ищут лекарства, нацеленные на другие белки, в качестве резервных копий для существующих методов лечения. В частности, они ищут способы блокировать сайты на белках-хозяевах, с которыми связываются белки вируса, чтобы остановить распространение ВИЧ. Однако это должно быть сделано без нарушения нормальной функции клеток.
Около 20 лет назад ученые показали, что без белка Nef – сокращенно от негативного фактора – ВИЧ гораздо менее заразен. Некоторые пациенты могут жить без проблем десятилетиями, если заражены Nef-дефектным вирусом.
С тех пор о роли Нефа стало известно больше. ВИЧ проникает в клетки иммунной системы через рецептор CD4, но однажды "ВИЧ проникает в клетки через дверь CD4, он захлопывает за собой дверь, чтобы предотвратить непродуктивное повторное заражение," Херли сказал.
По его словам, ученые не уверены, почему ВИЧ захлопывает дверь для других вирусов, хотя это может быть способом предотвратить попадание слишком большого количества вирусов в одну и ту же клетку, что делает клеточную среду менее благоприятной для продуктивной репликации вирусов.
Какой бы ни была причина, вирус предотвращает дальнейшее заражение ВИЧ, избавляя поверхность клетки от всех других рецепторов CD4. Nef достигает этого, маркируя рецептор CD4, так что клетка думает, что это мусор, и переносит его в печь для сжигания отходов, лизосому, где он разрушается. Шесть лет назад Бонифачино и его коллеги обнаружили, что Nef делает это путем прямого связывания с белком-хозяином, AP2, который фиксируется на белке, называемом клатрин. Это приводит к тому, что клеточная мембрана выпячивается внутрь и отщепляется, образуя небольшой мембранный пузырь, который несет прикрепленные рецепторы CD4 к лизосоме для разрушения.
"Новое изображение с высоким разрешением показывает полость в месте, где Nef связывается с AP2, что может быть хорошим местом для нацеливания лекарств," Бонифачино сказал.
"Эта полость на AP2, как известно, не используется каким-либо другим белком-хозяином, поэтому, если мы вмешиваемся в полость, мы не собираемся вмешиваться в какую-либо функцию клетки-хозяина, только функцию Nef," он сказал. "Это будет способствовать лучшему поиску ингибиторов."
Однако Херли предупредил, что исследование "нуждается в дополнительной проверке, чтобы доказать, что полость является мишенью. Но мы взволнованы, потому что это потенциальная цель, и такие вещи не появляются каждый день."
Сделать снимок
Ученый Калифорнийского университета в Беркли Сюэфэн "Снег" Рен получил снимок с высоким разрешением Nef, связанного с AP2, путем кристаллизации белков и облучения комплекса рентгеновскими лучами. Она рассчитала трехмерную структуру из полученной картины дифракции рентгеновских лучей. Сейчас она работает над кристаллизацией комплекса Nef-AP2, связанного с рецептором CD4, чтобы искать другие возможные мишени для лекарств на AP2 или CD4, которые могли бы помешать Nef уничтожить CD4.
Херли и Бонифачино в первую очередь интересуются функцией таких адаптеров, как AP2 – в клетках человека известно как минимум пять адаптеров – которые контролируют внутриклеточный мембранный трафик.
"Эта работа была продолжением нашей работы над клатриновыми адаптерами, возможностью сделать что-то, имеющее отношение к борьбе с ВИЧ, которое было основано на чисто фундаментальных исследованиях, которые мы проводим по сортировке белков по лизосомам," Херли сказал.