علماء سالك يكسرون هيكل آلية فيروس نقص المناعة البشرية

علماء سالك يكسرون هيكل آلية فيروس نقص المناعة البشرية

يمكن تحسين العلاج المضاد للفيروسات من خلال الكشف عن تفاصيل المستوى الذري حديثًا

LA JOLLA— قام علماء معهد سالك بحل التركيب الذري لقطعة أساسية من الآلية التي تسمح لفيروس نقص المناعة البشرية بالاندماج في الحمض النووي للمضيف البشري والتكاثر في الجسم ، وهو الأمر الذي استعصى على الباحثين لعقود. النتائج التي تصف هذه الآلية ، والمعروفة باسم "intasome" ، تظهر في 6 يناير 2017 ، في علوم وإعطاء أدلة هيكلية تبلغ تطوير الجديد فيروس نقص المناعة البشرية HIV المخدرات.

يقول كبير مؤلفي الدراسة: "نحن متحمسون بشكل خاص للقدرة على فهم آليات المقاومة الفيروسية ومكافحتها" ديمتري ليومكيس، زميل Helmsley-Salk في معهد Salk. فيروس نقص المناعة البشرية هو فيروس ذكي وقد تعلم التهرب حتى من بعض أفضل الأدوية في السوق. سيكون فهم آليات هروب الفيروس وتطوير عقاقير قابلة للتطبيق على نطاق أوسع اتجاهًا رئيسيًا في المستقبل. "

حاليًا ، هناك فئة من الأدوية تسمى مثبطات نقل حبلا إنزيم (INSTIs) تستهدف الانتاسوم ، وقد تمت الموافقة عليها بالفعل لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية في الولايات المتحدة وأوروبا. على الرغم من كونه من أفضل الأدوية المتاحة ، لم يكتسب العلماء سوى فهم محدود للآلية الدقيقة لعمل INSTIs ، وكيف يتصاعد الفيروس المقاومة ، من خلال استدلال هياكل لفيروس قهقري مماثل (يسمى النموذج الأولي للفيروس الرغوي أو PFV) . هذا لأن إنتاسوم فيروس نقص المناعة البشرية نفسه كان من الصعب دراسته على المستوى الذري.

يقول ليومكيس: "لدينا الآن أول مخطط أصلي في سياق فيروس نقص المناعة البشرية لدراسة آليات INSTIs". يستخدم هو وزملاؤه هذا الاكتشاف في محاولة لتحسين قدرة INSTIs على منع الفيروس - ويضيف: "من المرجح أن يفعل باحثو الصناعة الشيء نفسه".

باعتباره فيروسًا ارتجاعيًا ، يقوم فيروس نقص المناعة البشرية بإدخال نسخة من الحمض النووي من جينوم الحمض النووي الريبي الخاص به في الحمض النووي للمضيف باستخدام intasome ، الذي يقطع الحمض النووي الفيروسي ويلصقه باستخدام إنزيمات تسمى التكامل. في عام 1994 ، حدد العلماء بنية جزء صغير من إنزيم التكامل. منذ ذلك الحين ، قام علماء الأحياء بحل عدة أجزاء أخرى من تكامل فيروس نقص المناعة البشرية ، بالإضافة إلى intasomes من الفيروسات القهقرية الأخرى. لكن البنية الكاملة لجسم فيروس نقص المناعة البشرية ما زالت صعبة الحل باستخدام التقنيات التقليدية.

في الدراسة الجديدة ، استخدم ليومكيس وزملاؤه تقنية تصوير متطورة تسمى المجهر الإلكتروني للجسيم الفردي (cryo-EM) ، والتي سمحت للعلماء بشكل متزايد بتصوير جزيئات كبيرة ومعقدة وديناميكية (انظر التطور السابق ليومكيس في هذا المجال. اضغط هنا). أرفق الفريق بروتينًا معينًا لتحسين قدرة الجسم على الذوبان في السائل وغسل الجسيم في سائل يشبه الشراب يسمى الجلسرين ، مع إضافة كميات من الملح لمنعه من التكتل. هذه ظروف قاسية لعينة cryo-EM ، لكنها كانت ضرورية في حالة إنتاسوم فيروس نقص المناعة البشرية. بعد ذلك ، بناءً على التطورات التقنية الجديدة في هذا المجال ، قام العلماء بتدوير آلة التبريد الكهرومغناطيسي لرش المزيد من الإلكترونات في عيناتهم أكثر من المعتاد.

تحتوي جميع intasomes الفيروسية على مكونات هيكلية أساسية تؤدي وظيفة التكامل. لاحظت المجموعة بعض الاختلافات عند مقارنة نوى إنزيم HIV مع تلك الخاصة بـ PFV. يقول المؤلف الأول للدراسة ، داريو باسوس ، باحث مشارك كبير في مختبر ليومكيس: "على الرغم من أن هذه الاختلافات طفيفة ، إلا أنها قد تكون ذات أهمية كبيرة لتطوير الأدوية وفهم آليات مقاومة الأدوية".

ولدهشة المجموعة ، فإن إنتاسومات فيروس نقص المناعة البشرية هي أيضًا أكثر تعقيدًا وتعقيدًا من الفيروسات القهقرية الأخرى. كان العلماء يعرفون بالفعل أن لديهم نواة مكونة من أربعة أجزاء ، لكن الدراسة الجديدة وجدت أن إنتاسومات فيروس نقص المناعة البشرية لديها عدد أكبر من الوحدات ، ما يسمونه الأنواع "ذات الترتيب الأعلى". تشير الدلائل إلى أن الإصدارات الأكثر تعقيدًا من الإنتاسوم تخدم غرضًا في مساعدة فيروس نقص المناعة البشرية على الاندماج داخل جينوم المضيف.

يقول ليومكيس إن تعقيد إنتاسوم فيروس نقص المناعة البشرية يشير إلى كيفية تشكيل الطبيعة لتطورها من الفيروسات القهقرية الأبسط ، والتي هي أصغر بكثير ، ومع ذلك لا تزال تستخدم نفس الأجزاء الأساسية من الإنزيم. يمكن أن يؤدي فيروس نقص المناعة البشرية وظائف لا يستطيع أقاربها الوصول إليها ، مثل الوصول إلى نواة الخلية من خلال النقل النشط بدلاً من الاضطرار إلى انتظار انقسام الخلية. ويضيف: "إن فيروس نقص المناعة البشرية مثل السيارة الفاخرة في حين أن الفيروسات القهقرية الأخرى هي نماذج الاقتصاد - كلاهما سيارتان ، لكن داخل فيروس نقص المناعة البشرية يحتوي على ترقيات مهمة للقيام بوظائف مختلفة".

استنادًا إلى الهياكل المختلفة الموجودة في العينات ، يعتقد الفريق أن إنتاسوم فيروس نقص المناعة البشرية يمكن أن يتخذ طرقًا متعددة للتجميع. يقول ليومكيس: "هذا تخميني في هذه المرحلة ، لكنه احتمال مثير للاهتمام وسيبني على أدلة متزايدة على أن بعض آلات الجزيئات الكبيرة تتخذ طرقًا مختلفة لتجميع المنتج النهائي". (آلة جزيئية كبيرة أخرى تسمى الريبوسوم تتجمع أيضًا بطرق مختلفة ، وفقًا لـ دراسة منفصلة عن البرودة EM من قبل مجموعته.)

ركزت الدراسة الحالية على intasomes بعد تجميعها على الحمض النووي المضيف ، لكن العمل المستقبلي سيدرس الهياكل قبل هبوطها على جينوم المضيف وفي سياق الأدوية المرتبطة. تحقيقا لهذه الغاية ، تعمل المجموعة أيضًا على دفع دقة هياكلها إلى أعلى ، من حوالي 4 دقة أنجستروم في الدراسة الجديدة إلى ~ 2 أنجستروم ، مما سيسمح لهم برؤية الروابط الكيميائية في جزيئات الماء على سبيل المثال ، مما يثبت البصيرة الحاسمة لاكتشاف وتطوير الأدوية.

"إذا أخذنا تشبيه السيارة إلى أبعد من ذلك ، إذا كنت تريد حقًا فهم كيفية عمل السيارة من أجل تعديل أدائها ، فلا يمكنك مجرد إلقاء نظرة على المحرك بأكمله. عليك أن تفككها وتحفر من الداخل لفهمها حقًا من الداخل إلى الخارج ، "يقول ليومكيس.

ويضيف باسوس: "يجب أن نفعل الشيء نفسه مع هذه الهياكل الجزيئية المعقدة لفهم الفيروسات واستهدافها بشكل أفضل".

المؤلفون الآخرون في الدراسة هم مين لي ، ورينبين يانغ ، ورودولفو غيرلاندو ، وروبرت كريجي من المعهد الوطني للسكري وأمراض الجهاز الهضمي والكلى في بيثيسدا بولاية ماريلاند ؛ ستيفاني ف.ريبنسبرغ ، ونيكولوز شكرياباي ، وماموكا كفاراتسكيليا من جامعة ولاية أوهايو في كولومبوس؛ ويونغمين جيون من سالك.

وقد أيد البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحةأطلقت حملة ليونا م. وهاري بي هيلمسلي، والبرنامج الداخلي للمعهد الوطني للسكري وأمراض الجهاز الهضمي في المعاهد الوطنية للصحة ، ومن قبل برنامج مضاد للفيروسات الموجه للإيدز داخل الجسم من مكتب مدير المعاهد الوطنية للصحة.