Подписаться

Подножка для вируса СПИДа

  • 936
  • 2,2
  • 3
  • 1
Добавить в избранное
Новость

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) проникает в человеческие клетки не без посторонней помощи: в качестве «троянских коней» служат интегральные мембранные рецепторы CD4 (содержащиеся, прежде всего, на поверхности CD4+ Т-лимфоцитов), CCR5 и CXCR4 (на рисунке один двух последних рецепторов показан синей «змейкой»).

Вирус СПИДа, как и большинство других вирусов, активно использует молекулярные механизмы тех клеток, в которых размножается. Новое исследование, в котором с помощью РНК-интерференции провели поочерёдное «выключение» практически всех генов человеческой клетки, выявило, что более 250 (!) человеческих белков так или иначе участвует в жизненном цикле вируса. Кроме того, активность соответствующих генов увеличена в клетках иммунитета, подтверждая, что именно в них условия для развития вируса оптимальны. Сделанное открытие позволяет с другой стороны подойти к созданию лекарств против СПИДа, направленных на человеческие, а не на вирусные белки.

Устройство вируса СПИДа по сравнению с человеческой клеткой крайне примитивно: геном ВИЧ-1 кодирует всего 15 (пятнадцать!) белков, и поэтому вирусу приходится весьма активно использовать функциональность заражённой клетки в своих целях. Эксплуатация клеточных белков начинается ещё на этапе внедрения вирусной частицы: поверхностный гликопротеин мембраны вируса gp120 связывается с CD4 рецептором, интегрированным в мембрану особой разновидности иммунных клеток человека (CD4+ Т-лимфоцитов), запуская процесс слияния вирусной и клеточной мембран. (Само слияние происходит при участии трансмембранного белка вирусной оболочки — gp41.) Кроме CD4, роль «троянских коней» выполняют также хемокиновые рецепторы CCR5 и CXCR4, принадлежащие к семейству G-белоксопряжённых рецепторов.

Кроме этих мембранных рецепторов, в цикле развития вируса участвуют элементы цитоскелета, транскрипционные факторы и другие белки. До недавнего времени число «предателей» исчислялось двумя-тремя десятками, но систематического поиска, позволившего бы выделить все «подозрительные» белки, не проводилось.

Учёные из центра генетики и геномики медицинского института имени Ховарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute) и с медицинского факультета Гарварда провели исследование, целью которого было функциональное сканирование бóльшей части генов человека с целью установить все белки, потенциально участвующие в жизненном цикле вируса иммунодефицита человека первого типа (ВИЧ-1) [1]. Использованный для «сканирования» метод основывается на РНК-интерференции, позволяющей «выключать» любой ген в клетке, всего лишь добавив специальную двуцепочечную молекулу РНК.

Внутриклеточная локализация человеческих белков, участвующих в жизненном цикле ВИЧ

Рисунок 1. Внутриклеточная локализация человеческих белков, участвующих в жизненном цикле ВИЧ. Всего идентифицировано 273 белка, лишь 36 из которых ранее связывали с жизнедеятельностью вируса иммунодефицита. Классификация проведена вручную по аннотациям в базах белковых последовательностей UniProt и GO (Gene Ontology).
К слову, не все белки из этого списка могут быть непосредственно необходимы для развития ВИЧ: «выключение» какого-либо белка может изменить метаболизм, и размножение вируса может быть подавлено уже вторично, через какие-либо другие белки из числа найденных.

В результате масштабного сканированная было идентифицировано 273 белка, так или иначе связанных с развитием вируса внутри заражённой клетки. Это число показалось ошеломляющим: ранее была доступна информация об участии всего лишь 36 белков человека в размножении ВИЧ-1. Количественная амплификация соответствующих мРНК показала, что наибольшей активностью выявленные гены обладают в лимфоцитах, которые, как известно, являются первой и основной мишенью для ВИЧ-инфекции.

Среди белков, участие которых в развитии вируса ранее и не предполагалось, исследователи отмечают Rab6A, регулирующий обратный транспорт из эндоплазматического ретикулума в аппарат Гольджи, кариоферин TNPO3 (переносчик различных белков в ядро), белок Med28 транскрипционного кофактора «Медиатор».

Кроме констатации неприятного факта, что твой собственный организм помогает инфекции развиваться, у открытия есть и положительная сторона. Стивен Эллидж (Stephen Elledge), руководитель исследования, считает, что его работа открывает новый подход в разработке лекарств от СПИДа, нацеленных не на белки ВИЧ, как это делается сейчас, а на собственные белки человека. (Недостатком традиционного подхода является то, что одной из наиболее распространённых мишеней лекарств от СПИДа являются белки оболочки вируса gp120 и gp41, вариабельность которых настолько высока, что практически каждый новый штамм вируса приобретает устойчивость к эффективным ранее препаратам.)

«Противовирусные средства сейчас позволяют поддерживать жизнь многим людям, но лечение часто становится малоэффективным из-за появления резистентности. Мы считаем, что другой подход, основанный на работе с человеческими, а не вирусными белками, может оказаться более эффективным, — говорит Эллидж. — Если подавить один из человеческих белков, важных для развития ВИЧ, вирусу придётся выработать совершенно новые качества, а не просто произвольно измениться, как в случае с традиционными лекарствами. Как в „игре с числами“, крайне маловероятно, что это произойдёт».

Основная работа была проделана Авраамом Брассом (Abraham Brass), который вместе с коллегами составил библиотеку из ~21000 малых интерференционных РНК, нацеленную практически на каждый ген человеческого генома. Затем в лабораториях Института химии и клеточной биологии в Лонгвуде (также относящегося к Гарвардскому медицинскому факультету) каждая из этих РНК была введена в отдельный образец культуры человеческих клеток, «выключая» таким образом синтез одного-единственного белка (в каждом случае своего). После этого клетки инфицировали ВИЧом, и, если развитие вируса в клетках было замедлено (или его не было вообще), делали вывод о необходимости данного белка для развития вируса. В качестве индикатора использовали наличие вирусного белка Gag на поверхности клеток и способность обработанных клеток заражать другие клетки.

«Наша работа — первый случай сканирования всего генома на предмет важных для развития ВИЧ-инфекции белков, и найденные нами белки наверняка играют свою роль в жизненном цикле вируса», — говорит Брасс. «„Подкручивая“ разные части системы, мы можем помешать вирусу развиваться, не затрагивая важные функции наших собственных клеток», — добавляет Эллидж [2][3].

Что ж, к надежде научиться «вырезать» вирус иммунодефицита из генома человека и окончательно победить СПИД [4] добавляется ещё одна — осталось только среди выявленных белков найти такой, который можно было бы «вырубить» с летальным исходом для вируса, но не для человека.

Литература

  1. Abraham L. Brass, Derek M. Dykxhoorn, Yair Benita, Nan Yan, Alan Engelman, et. al.. (2008). Identification of Host Proteins Required for HIV Infection Through a Functional Genomic Screen. Science. 319, 921-926;
  2. Genomic screen nets hundreds of human proteins exploited by HIV. (2008). ScienceDaily;
  3. Asher Mullard. (2008). HIV helpers can be hijacked. Nature;
  4. Как «вырезать» вирус?.

Комментарии