Снимки с помощью атомно-силовой микроскопии показывают ДНК гепатита В в ее естественном состоянии (слева) и увеличенный вид того, как она обволакивает гистоны человека во время инфекции (справа). Любезно предоставлено Мемориальным онкологическим центром Слоана Кеттеринга.
В попытке ответить на давний биологический вопрос о том, как вирус гепатита В (HBV) способен вызывать инфицирование клеток печени, исследователи под руководством Weill Cornell Medicine, Мемориального онкологического центра Слоана Кеттеринга (MSK) и Университета Рокфеллера выявили уязвимость, которая открывает двери для новых методов лечения.
Команда успешно нарушила способность вируса заражать клетки печени человека в лабораторных условиях, используя соединение, которое уже проходит клинические испытания против рака, заложив основу для исследований на животных моделях и потенциальной разработки лекарств на основе полученных результатов.
Гепатит В — это инфекция печени, которой страдает почти 5% населения земного шара. Гепатит В вызывает долговременное повреждение клеток печени и является одной из ведущих причин рака печени. По данным Всемирной организации здравоохранения, более 250 миллионов человек во всем мире страдают хронической инфекцией ВГВ, и этот вирус вызывает более 1 миллиона смертей в год, что делает его второй по смертности инфекцией в мире.
Доктор Шварц, доцент кафедры гастроэнтерологии и гепатологии медицинского факультета Weill Cornell Medicine, был представлен доктору Дэвиду около шести лет назад на выездном семинаре для преподавателей высшей школы физиологии, биофизики и системной биологии Weill Cornell, где они оба принимали пациентов.
В основе загадки, которая заинтриговала исследователей, лежит ключевой вирусный ген, кодирующий белок под названием X. Этот белок необходим вирусу гепатита В для развития инфекции в клетках-хозяевах и экспрессии вирусных генов. Однако сам ген X кодируется в вирусном геноме.
Кроме того, ген, кодирующий белок X, считается онкогеном вируса, то есть геном, ответственным за прогрессирование заболевания в рак.
Белок X разрушает белки организма, которые участвуют в восстановлении ДНК. Это не только не позволяет организму подавлять активность белка X, но и повышает вероятность того, что инфицированные клетки будут накапливать ошибки в ДНК, которые накапливаются годами и десятилетиями, приводя к развитию рака.
Проблемы, связанные с существующими методами лечения гепатита В заключается в том, что существующие методы лечения могут помешать вирусу создавать новые копии самого себя, но они не полностью выводят вирус из инфицированных клеток, позволяя вирусу сохраняться в печени и поддерживать хроническую инфекцию.
Вакцина против гепатита В также эффективна, но для поддержания иммунитета часто требуются повторные прививки. Более того, она не помогает людям, которые уже инфицированы. Это происходит, например, из-за передачи вируса от матери к ребенку, что очень распространено в развивающихся странах. Доступ к вакцинам и лечению также более ограничен в некоторых частях Африки и Азии, где уровень инфицирования выше.
Создание новой платформы для изучения гепатита В, проникнуть в тайну белка X было непросто. Существующие инструменты не были способны пролить свет на то, что происходило в эти критические ранние часы заражения.
Впервые успешно создали минихромосому вируса гепатита В, используя свои возможности для восстановления вирусной ДНК в комплексе с человеческими гистонами — белками, которые упаковывают и организуют ДНК.
Эта платформа стала мощным инструментом не только для изучения биохимии вируса, но и для детального анализа того, что происходит в критические первые часы заражения.
Для получения белка X ДНК вируса гепатита В должна быть организована в ДНК-гистоновые комплексы, называемые «нуклеосомами’. Нуклеосомы подобны бусинкам на нитке: нитка — это вирусная ДНК, а бусинки — это гистоновые белки, поставляемые хозяином, вокруг которых оборачивается ДНК; нуклеосомы — это строительные блоки хроматина, материала, из которого состоят хромосомы.
Упаковка ДНК гена в нуклеосомы блокирует или замедляет способность клетки считывать этот ген для производства функциональных белков, таких как белок X, но в сложных организмах, таких как люди, и в вирусах, которые нас заражают, регуляция генов не всегда так проста. Присутствие и расположение нуклеосом на ДНК может быть важным фактором, управляющим клеточными механизмами для транскрипции некоторых генов. Мы обнаружили, что в случае гена HBV, кодирующего белок X, присутствие нуклеосом в вирусном геноме необходимо для транскрипции РНК, которая приводит к образованию функционального белка X.
Определение перспективного лекарственного средства против вируса гепатита В.
Это открытие открывает путь к пониманию того, как регулируется ген X и как возникает инфекция HBV. Более того, исследователи были в восторге, обнаружив потенциальную терапевтическую возможность: если бы можно было нарушить формирование этих структур хроматина, то можно было бы нарушить способность вируса вызывать и поддерживать инфекцию.
Команда ученых протестировала пять низкомолекулярных соединений, которые, как известно, нарушают образование хроматина. Только одно из них блокировало выработку белка X в клетках печени: кандидат в противоопухолевые препараты под названием CBL137.
Важно отметить, что он действовал при очень низких концентрациях — во много раз меньших, чем получали участники клинических испытаний на рак, — и при использовании доз, которые воздействовали только на вирус, но не на клетки человека.
Кроме того, исследователи отмечают, что CBL137 может оказаться столь же полезным для выявления или изучения других вирусов с хроматинизированной ДНК, таких как герпесвирусы и вирусы папилломы.
Дальнейшие шаги в исследовании
По словам исследователей, для дальнейшего развития исследований команды в направлении возможного клинического испытания следующим шагом будет изучение безопасности и эффективности CBL137 на животных моделях, хотя эти возможности ограничены из—за узкого круга видов, которые может инфицировать HBV.
Все исследователи подчеркнули, что исследование было бы невозможно без тесного сотрудничества между тремя институтами, которые объединили необходимый опыт и технологические ресурсы — от атомно-силового микроскопа MSK до ресурсного центра геномики и кластера высокопроизводительных вычислений в Рокфеллеровском университете.
Источник: Weill Cornell Medicine
