Клеточные ножницы измельчают вирус ВИЧ

Клеточные ножницы измельчают вирус ВИЧ

Ученые Солка модернизировали систему защиты от бактерий CRISPR, чтобы распознавать ВИЧ внутри клеток человека и уничтожать вирус, предлагая потенциальную новую терапию.

ЛА-ХОЛЬЯ. Представьте себе одно лекарство, которое могло бы предотвращать заражение вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), лечить пациентов, которые уже заразились ВИЧ, и даже удалять все спящие копии вируса у пациентов с более поздними стадиями заболевания. Звучит как научная фантастика, но ученые Солка стали на один шаг ближе к созданию такого лекарства, адаптировав мощную защитную систему, используемую многими бактериями, и натренировав этот механизм, похожий на ножницы, распознавать вирус ВИЧ.

«Эволюция привела к некоторым из самых удивительных механизмов защиты организмов от их естественных патогенов», — говорит Хуан Карлос Исписуа Бельмонте, профессор Солка Лаборатория экспрессии генов и старший автор новой работы, опубликованной 10 марта 2015 г. Природа связи. «Понимание иммунных реакций, с помощью которых бактерии защищают себя от вирусных инфекций, позволило нам разработать новые платформы для нацеливания на разрушительные вирусы, такие как ВИЧ, у пациентов».

Когда копия вируса ВИЧ проникает в человеческую клетку, это может вызвать хаос. Он кооптирует собственный молекулярный механизм клетки для создания копий генетического материала вируса, а затем зарывает эти копии в собственные гены клетки. Оттуда клетка-хозяин становится фабрикой ВИЧ, создавая новые копии вируса для распространения по всему телу. Существующие лекарства от ВИЧ нацелены на отдельные этапы этого жизненного цикла; некоторые, например, мешают вирусу интегрироваться в ДНК клеток, в то время как другие пытаются помешать пораженным клеткам производить больше вируса.

Слева направо: Джон Мартлетт, Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, Хсин-Кай Ляо, Юта Такахаши, Консепсьон Родригес Эстебан, Томоаки Хисида и Мо Ли.

Открыть для изображения с высоким разрешением.

Изображение: предоставлено Институтом биологических исследований Солка.

Проблема с этими препаратами, объясняет Синь-Кай (Кен) Ляо, научный сотрудник лаборатории Изписуа Бельмонте и первый автор новой статьи, заключается в том, что они на самом деле не удаляют копии вируса, которые скрыты внутри клеток. ДНК. Эти копии могут оставаться бездействующими годами, а затем снова активироваться.

«Обычно пациентам приходится принимать наркотики каждый день или каждую неделю на протяжении всей жизни из-за ВИЧ, который может быть латентным», — говорит Ляо. «Это стоит денег, времени и усилий».

Чтобы решить эту проблему, Ляо и Изписуа Бельмонте обратились к системе молекулярной защиты под названием CRISPR, которую бактерии используют для разрезания чужеродной ДНК в определенных местах. С момента недавнего открытия ученые начали использовать CRISPR для редактирования генов. Но Ляо и Изписуа Бельмонте также были заинтригованы его защитными способностями и задались вопросом, можно ли запрограммировать CRISPR для разрезания и уничтожения вирусов внутри клеток человека.

CRISPR использует фрагменты генетического материала, называемые направляющими РНК, чтобы диктовать свои разрезы, поэтому ученые разработали направляющие РНК, которые связываются с уникальными точками на вирусе ВИЧ. Они добавили CRISPR, направляющие РНК и другие молекулы, необходимые для работы системы, к иммунным клеткам, инфицированным ВИЧ, и обнаружили, что CRISPR успешно вырезает нужные участки в генах ВИЧ, инактивируя вирус. Это привело к полному удалению вируса из 72 процентов клеток. CRISPR не только разрезал отдельные копии вируса, поскольку они изначально заражали клетку, но также разрезал ВИЧ, который был скрыт и бездействовал в клеточной ДНК.

В то время как другие исследовательские группы применяли аналогичные подходы к нацеливанию CRISPR на ВИЧ, новое исследование Солка показало, что этот метод эффективен против активного, полноразмерного ВИЧ, а не укороченной, неактивной версии вируса. Команда Солка также более подробно продемонстрировала, как CRISPR воздействует на ВИЧ в живых клетках человека, подтвердив, что он работает как до, так и после внедрения вируса в геном.

«CRISPR действительно может вырезать вирус из генома человека», — говорит Ляо.
Затем Ляо и его коллеги попытались добавить систему CRISPR к человеческим клеткам до того, как они заразятся ВИЧ. Они показали, что наличие системы на месте предотвратило заражение — CRISPR нарезал любые копии вируса, прежде чем они могли начать размножаться.

«Главное преимущество этой технологии заключается не только в том, что вирусная ДНК, интегрированная в геном человека, может быть устранена, но, пожалуй, самое главное, в профилактическом применении», — говорит Изписуа Бельмонте. «Уничтожая вирус на ранних этапах его жизненного цикла, мы можем полностью предотвратить заражение клеток человека аналогично тому, как работают обычные вакцины».

Тем не менее, необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, как эта технология может быть использована на людях и будет ли ВИЧ быстро эволюционировать, чтобы избежать CRISPR. Имея это в виду, команда изучает эффективность добавления большего количества направляющих РНК в смесь CRISPR, чтобы защита одновременно распознавала больше областей вируса. «Вирус ВИЧ может очень быстро мутировать, — говорит Ляо. «Если мы нацелимся на несколько регионов одновременно, мы уменьшим вероятность того, что вирус может развить устойчивость».

Другими авторами статьи были Ин Гу, Артуро Диас, Джон Марлетт, Юта Такахаши, Мо Ли, Кейичиро Судзуки, Томоаки Хисида, Чан-Юнг Чанг, Консепсьон Родригес Эстебан и Джон Янг из Института Солка; и Руо Сюй из Университет штата Айова.

Работу поддержали Благотворительный фонд Леоны М. и Гарри Б. Хелмсли и Благотворительный фонд Г. Гарольда и Лейлы Ю. Мазерс.

О Солковском институте биологических исследований:
Институт биологических исследований Солка является одним из ведущих в мире фундаментальных научно-исследовательских институтов, где всемирно известные преподаватели исследуют фундаментальные вопросы науки о жизни в уникальной, совместной и творческой среде. Сосредоточенные как на открытиях, так и на наставничестве будущих поколений исследователей, ученые Солка вносят новаторский вклад в наше понимание рака, старения, болезни Альцгеймера, диабета и инфекционных заболеваний, изучая неврологию, генетику, клеточную и растительную биологию и смежные дисциплины.

Достижения факультета были отмечены многочисленными наградами, в том числе Нобелевскими премиями и членством в Национальной академии наук. Основанный в 1960 году пионером вакцины против полиомиелита Джонасом Солком, доктором медицины, Институт является независимой некоммерческой организацией и памятником архитектуры.