Ученые раскрыли структуру ключевого механизма ВИЧ
Ученые из Института Солка определили атомную структуру ключевого компонента механизма, который позволяет ВИЧ интегрироваться в ДНК человека-хозяина и реплицироваться в организме. Эта структура, известная как "интасома", ускользала от исследователей десятилетиями. Результаты, опубликованные 6 января 2017 года в Science, дают структурные подсказки для разработки новых препаратов против ВИЧ.
"Мы особенно рады возможности понять и противостоять механизмам устойчивости вируса", — говорит старший автор исследования Дмитрий Люмкис. "ВИЧ — умный вирус, который научился уклоняться даже от некоторых лучших препаратов на рынке".
В настоящее время класс препаратов, называемых ингибиторами интеграции (INSTIs), нацелен на интасому и уже одобрен для лечения ВИЧ в США и Европе. Несмотря на их эффективность, точный механизм действия INSTIs и устойчивости к ним изучался лишь по структурам сходного ретровируса — протовируса пенистой пены (PFV). Это связано с тем, что интасома ВИЧ сама по себе была печально известна своей сложностью для изучения на атомном уровне.
"Теперь у нас есть первый нативный "чертеж" в контексте ВИЧ для изучения механизмов действия INSTIs", — говорит Люмкис.
Как ретровирус, ВИЧ вставляет копию своей РНК-генома в ДНК хозяина с помощью интасомы, которая вырезает и вставляет вирусную ДНК с использованием ферментов интеграз. В новом исследовании Люмкис и его коллеги использовали передовую методику визуализации — крио-электронную микроскопию одиночных частиц (cryo-EM). Команда использовала специфические условия (глицерин и высокую концентрацию соли), чтобы предотвратить агрегацию образца, и применила повышенную дозу электронов для съемки.
Все ретровирусные интасомы имеют сходные структурные компоненты, выполняющие функцию интеграции. Однако группа заметила некоторые различия при сравнении ферментных ядер ВИЧ и PFV. "Хотя эти вариации незначительны, они могут иметь большое значение для разработки лекарств и понимания механизмов лекарственной устойчивости", — говорит первый автор исследования Дарио Пассос.
К удивлению исследователей, интасомы ВИЧ оказались более сложными, чем у других ретровирусов. Ранее было известно, что у них есть четырехчастное ядро, но новое исследование показывает, что интасомы ВИЧ состоят из большего числа субъединиц, образуя "высокоупорядоченные" структуры. Данные свидетельствуют, что более сложные версии интасомы помогают ВИЧ интегрироваться в геном хозяина.
Сложность интасомы ВИЧ указывает на ее эволюцию от более простых ретровирусов. "ВИЧ — это роскошный автомобиль, а другие ретровирусы — эконом-модели... интасома ВИЧ содержит важные усовершенствования для выполнения различных задач", — поясняет Люмкис.
Основываясь на различных структурах в образцах, команда предполагает, что интасома ВИЧ может собираться несколькими путями. "Это пока предположение, но интригующая возможность", — отмечает Люмкис.
Текущее исследование было сосредоточено на интасомах после их сборки на ДНК хозяина. Будущая работа будет изучать структуры до их интеграции в геном хозяина и в комплексе с препаратами. Группа также работает над повышением разрешения своих структур — с ~4 Å в данном исследовании до ~2 Å, что позволит увидеть химические связи, например, в молекулах воды, что крайне важно для разработки лекарств.
"Чтобы понять, как работает автомобиль, чтобы модифицировать его, нельзя просто смотреть на целый двигатель. Нужно разобрать его и заглянуть внутрь", — говорит Люмкис. "То же самое мы должны делать с этими сложными молекулярными структурами, чтобы лучше понимать и нацеливаться на вирусы", — добавляет Пассос.