25.10.2020

Визуальное исследование ключевой вирусной структуры показывает, как лекарства от ВИЧ работают на атомном уровне.

Визуальное исследование ключевой вирусной структуры показывает, как лекарства от ВИЧ действуют на атомном уровне
                Эта иллюстрация изображает молекулярную структуру лекарственного средства против ВИЧ, известного как связывание INSTI с ключевыми сайтами на интасоме (желтый), вирусной машине, которая позволяет ВИЧ проникать в клетки. Красные сферы представляют ДНК. Предоставлено: Институт Солка

Ученые Солка обнаружили, как мощный класс препаратов для лечения ВИЧ связывается с ключевым элементом механизма борьбы с ВИЧ. Решив, впервые, трехмерные структуры этого комплекса, в то время как различные лекарства были прикреплены, исследователи показали, что делает терапию настолько мощной. Работа, которая появилась в Science 30 января 2020 года, дает представление, которое может помочь в разработке или улучшении новых методов лечения ВИЧ.
                                                                                       

«Препараты, которые мы изучали, — это новейшие соединения, доступные сегодня в клинике, а также несколько важных доклинических молекул. До сих пор никто точно не знал, как они связаны с этим комплексом ВИЧ», — говорит старший автор исследования Дмитрий Люмкис, доцент лаборатории генетики Солка. «Лучшее понимание того, как работают лекарства, поможет нам улучшить их и разработать новые терапевтические соединения».

Интасома — это важнейшая структура вируса, которая обеспечивает инфекцию, состоящая из интегразы белка ВИЧ и цепей вирусной ДНК, которые образуются при попадании вируса в клетки человека. Интасома проникает в каждую клетку человека, а затем проводит химические реакции, необходимые для интеграции генетического материала вируса в ДНК человека.

Некоторым лекарствам, называемым ингибиторами переноса цепи интегразы (INSTI), удалось блокировать интасому; ВИЧ не может заразить клетки человека, когда комплекс не может интегрировать вирусную ДНК в геном человека. В настоящее время существует четыре INSTI, утвержденные Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США, а также другие в стадии разработки.

Несмотря на успех этих молекул, исследователи изо всех сил пытались изучить, как они ингибируют интазому ВИЧ, в основном из-за трудностей выделения интазом для структурных исследований. В прошлом большинство исследований интасом и INSTI проводилось на другом ретровирусе, называемом прототипом пенистого вируса, или PFV. В 2017 году Люмкис и его коллеги первыми определили структуру очищенных интасом ВИЧ.

В новой работе команда Люмкиса пошла еще дальше: они получили структуру интасом ВИЧ, в то время как они активно блокировались одним из четырех INSTI — коммерчески доступным препаратом биктегравир или тремя экспериментальными соединениями, известными как 4f, 4d и 4c. Команда использовала наклонную одночастичную крио-электронную микроскопию (крио-ЭМ), технику визуализации, которую они помогли оптимизировать, чтобы выявить структуру каждого комплекса интазом-лекарство.

Первое наблюдение, которое сделал Люмкис, заключалось в том, насколько разные лекарства, прикрепленные к интасоме ВИЧ, отличались от того, что было замечено с интасомой PFV. Например, соединение, известное как 4f, зацикливается на себе, поскольку оно связывается с интасомой PFV, но остается относительно плоским, поскольку оно присоединяется к ВИЧ-версии комплекса, детали, которые могут помочь исследователям улучшить свойства связывания потенциальных будущих молекул./р>

«По сей день все по-прежнему используют интазомную структуру PFV, чтобы рационализировать и понять механизм действия этих лекарств», — говорит Дарио Пассос, соавтор исследования и штатный сотрудник лаборатории Люмкиса. «Но мы показали, что в этой области действительно необходимо перемещаться и изучать структуру ВИЧ, если мы хотим добиться дальнейшего прогресса».

«Мы и многие другие работали над достижением этой цели в течение нескольких десятилетий, и очень приятно, что наконец-то мы теперь можем понять, как ингибиторы ВИЧ работают в деталях и помогают в разработке новых лекарств». говорит Мин Ли, один из первых авторов и научный сотрудник Национального института диабета и болезней органов пищеварения и почек.

Структуры также показали, почему наркотики настолько сильны и что делает их такими хорошими в предотвращении лекарственной устойчивости. Ученые, как выяснили Люмкис и его коллеги, заполняют все пространство, которое обычно занято ДНК. Это означает, что если в интасоме ВИЧ развивается мутация, которая блокирует связывание лекарств INSTI, она также блокирует прикрепление ДНК, делая комплекс бесполезным для вторжения в клетки человека.

Наконец, чрезвычайно высокое разрешение структуры, полученное исследователями Солка, позволяет им видеть детали того, как наркотики химически взаимодействовали с этим связующим карманом, и как INSTI вытесняли молекулы воды, чтобы сделать это, что дало команде еще больше информации о что делает INSTI таким успешным в клинике.

«В предыдущих структурах мы узнали об интасомной биологии», — говорит Люмкис. «Но здесь мы действительно начали понимать терапевтический аспект того, как лекарственные средства могут воздействовать на эти важные вирусные сборки».

Исследователи планируют провести дополнительную работу над экспериментальными лекарственными средствами, сосредоточив внимание на соединении, известном как 4d, которое, основываясь как на доклиническом тестировании, так и на новом структурном анализе, показывает большую перспективу против ВИЧ, чем другие соединения. Они также хотят лучше понять, что происходит со структурой интасомы в тех случаях, когда у нее развивается устойчивость к ИНСИ. Это может помочь им разрабатывать более эффективные лекарства в будущем, говорит Люмкис.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *