Теперь исследователи из Университета Юты нашли способ превратить протеазу в палку о двух концах: они показали, что если они задерживают образование новых частиц ВИЧ, протеаза сама уничтожит вирус, а не поможет ему распространиться. Они говорят, что примерно через десять лет это может привести к появлению новых видов лекарств от СПИДа с меньшим количеством побочных эффектов.
«Мы могли бы использовать силу самой протеазы для уничтожения вируса», — говорит вирусолог Савез Саффариан, доцент физики и астрономии Университета штата Юта и старший автор исследования, опубликованного сегодня онлайн-журналом PLOS Pathogens, издаваемым Публичная научная библиотека.
Так называемые коктейли или смеси ингибиторов протеазы появились в 1990-х годах и превратили синдром приобретенного иммунодефицита в хроническое управляемое заболевание для людей, которые могут позволить себе лекарства.
Но побочные эффекты включают перераспределение жира в организме, диарею, тошноту, сыпь, боль в желудке, токсичность для печени, головную боль, диабет и лихорадку.
«У них есть побочные эффекты, которые причиняют боль пациентам», — говорит Мурад Бендженнат, доцент кафедры физики и астрономии и первый автор исследования. "И вирус становится устойчивым к ингибиторам. Вот почему они используют коктейли."
Бендженнат добавляет, что, открыв молекулярный механизм взаимодействия протеазы с ВИЧ, «мы разрабатываем новый подход, который, по нашему мнению, может быть очень эффективным в лечении распространения ВИЧ."
Тем не менее, он и Саффариан подчеркивают, что это фундаментальное исследование, и что пройдет десять лет, прежде чем новые исследования позволят разработать подход к лечению СПИДа.
Выяснение роли протеазы в зародышеобразовании ВИЧ
Внутри клетки, инфицированной ВИЧ, новые вирусные частицы состоят в основном из белка под названием Gag. Ферменты протеазы встраиваются в новые вирусные частицы по мере их создания и, как полагают, активируются после того, как новые частицы «отпочковываются» из инфицированной клетки, а затем отрываются от нее.
Частицы начинают отрастать из клетки-хозяина в мешковидном контейнере, называемом пузырьком, шейка которого в конечном итоге отделяется от внешней мембраны инфицированной клетки. «Как только частицы высвобождаются, протеазы активируются, и частицы превращаются в зрелый ВИЧ, который заразен», — говорит Саффариан.
«Существует внутренний механизм, который диктует активацию протеазы, что не совсем понятно», — добавляет он. «Мы обнаружили, что если мы замедляем процесс почкования, протеаза активируется, пока частица ВИЧ все еще связана с внешней мембраной [инфицированной] клетки хозяина. В результате он пережевывает все белки внутри зарождающейся частицы ВИЧ, и эти важные ферменты и белки попадают обратно в клетку-хозяин. Частица продолжает отрастать и высвобождаться из клетки, но она больше не заразна, потому что в ней нет ферментов, необходимых для созревания."
Для начинающего ВИЧ нужны ESCRT
Ученые обнаружили, что они могут замедлить выход частиц ВИЧ из клеток, вмешиваясь в то, как они взаимодействуют с белками, называемыми ESCRT (произносится как «эскорт»), или «эндосомными сортировочными комплексами, необходимыми для транспортировки»."
ESCRT участвуют в отщеплении отростков ВИЧ-частиц, по сути, отрезая их от инфицированной клетки-хозяина.
Саффариан говорит, что научная догма давно сложилась, «нарушение взаимодействия вируса с ESCRT приводит к тому, что зарождающиеся частицы ВИЧ навсегда застревают на мембране клетки-хозяина вместо того, чтобы высвобождаться."Бендженнат говорит, что несколько исследований, проведенных в последние годы, показали, что частицы действительно высвобождаются, что ставит под сомнение давнюю догму.
Значение нового исследования «касается молекулярного механизма: при изменении механизма ESCRT происходит образование неинфекционных вирусоподобных частиц», — говорит он. "Это исследование объясняет молекулярный механизм этого."
«Мы обнаружили, что ВИЧ все еще высвобождается, даже если ранние взаимодействия ESCRT намеренно нарушены, однако с задержкой», — говорит Саффариан. "Они застревают на некоторое время, а затем отпускают. И, застревая на некоторое время, они теряют свои внутренние ферменты из-за ранней активации протеаз и теряют свою инфекционность."
Бендженнат говорит, что задерживая размножение вируса и ускоряя его, «когда протеаза активируется, мы теперь можем использовать ее, чтобы сделать новые выпущенные вирусы неинфекционными»
Как проводилось исследование
В экспериментах использовались клетки кожи человека, выращенные в культуре тканей. Уже было известно, что новые частицы ВИЧ собираются одинаково, независимо от того, является ли инфицированная клетка-хозяин клеткой кожи, некоторыми другими клетками или лейкоцитом Т-клетки, инфицированным вирусом и вызывающим СПИД.
В экспериментах участвовал как живой ВИЧ, так и так называемые вирусоподобные частицы.
Генетически сконструированные мутантные белки Gag Бендженнат и Саффариан.
Одна частица ВИЧ состоит из примерно 2000 белков Gag и 120 копий белков, известных как Gag-Pol, а также генетической информации в форме РНК. Pol включает протеазу, обратную транскриптазу и интегразу — белки, которые ВИЧ использует для репликации.
Мутантные белки Gag были разработаны для аномального взаимодействия с двумя разными белками ESCRT, названными ALIX и Tsg101.
Новой частице ВИЧ обычно требуется пять минут, чтобы высвободиться из инфицированной клетки.
Когда исследователи вмешались в ALIX, высвобождение было отложено на 75 минут, что наполовину снизило инфекционность новой вирусной частицы. Когда ученые вмешались в Tsg101, высвобождение было отложено на 10 часов, и новые частицы ВИЧ не были заразными.
Ученые также показали, что скорость высвобождения частицы ВИЧ из инфицированной клетки зависит от того, сколько ферментного груза она несет в виде белков Pol. За счет вмешательства в белки ESCRT во время экспериментов по высвобождению вируса с вирусоподобными частицами, состоящими только из белка Gag, но без нормальных ферментов Pol, 75-минутная задержка сократилась до 20 минут, а 10-часовая задержка сократилась до 50 минут.
«Когда груз большой, вирусной частице требуется дополнительная помощь от ESCRT для своевременного высвобождения», — говорит Саффариан.
Поскольку ВИЧ несет большой груз, его высвобождение из инфицированной клетки зависит от ESCRT, поэтому ESCRT являются хорошими мишенями для лекарств, чтобы задержать высвобождение и позволить протеазам ВИЧ просачиваться обратно в клетку-хозяин, делая новые частицы ВИЧ неинфекционными, говорит он.
Бендженнат говорит, что другие исследователи уже ищут лекарства, чтобы блокировать белки ESCRT таким образом, чтобы предотвратить защемление или закрытие «шейки» зарождающейся частицы ВИЧ, таким образом поддерживая ее связь с инфицированной клеткой. Но он говорит, что те же ESCRT необходимы для выживания клеток, поэтому такие лекарства будут токсичными.
Вместо этого новое исследование предлагает правильный подход — использовать препараты, ингибирующие ESCRT с низкой активностью, которые задерживают высвобождение ВИЧ, а не блокируют его, что делает его неинфекционным с меньшим количеством токсичных побочных эффектов, добавляет он.
Исследование финансировалось Национальным институтом здоровья. Саффариан также финансируется как исследователь в USTAR, инициативе по экономическому развитию науки, технологий и исследований штата Юта.