G4: długo poszukiwane cele dla przyszłego leczenia HIV-1?
Wynika to z czegoś, co można by nazwać wadą fabryczną wirusa, z którym świat zmaga się od dziesiątek lat. Istnieje tylko jeden obszar DNA HIV-1, w którym inicjowana jest transkrypcja genów – jego promotor genowy. Twórcy projektu HIV LTR G-4 (G-quadruplexes in the HIV-1 genome: novel targets for the development of selective antiviral drugs) finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERBN) zdołali niedawno ustalić, że obszar ten jest wypełniony G4. Sprawdza się to nawet w przypadku wirusa w stanie uśpionym, który aż do teraz był całkowicie niewidoczny dla komórek odpornościowych i terapii. „To odkrycie jest bardzo ważne, a jego skutki będą wielopoziomowe”, stwierdza Sara Richter, profesor mikrobiologii i mikrobiologii klinicznej na Uniwersytecie w Padwie, stypendystka grantu ERBN oraz główna badaczka z projektu. „Oznacza to, że G4 są kluczowe dla transkrypcji wirusowej oraz, jako że mają własną, szczególną strukturę, są dobrym celem, co oznacza również, że znaleźliśmy potencjalny szlak skutecznego ataku na wirusa i wyeliminowania go nawet w stanie uśpionym”.
Nowe selektywne związki
Profesor Richter znalazła dobre punkty wyjściowe dla swych badań w czterech różnych cząsteczkach przejawiających działanie skierowane przeciwko HIV-1. Pierwsza to ligand G4 hamujący HIV-1, którego stężenie efektywne mieści się w niskim zakresie mikromolarnym. Wykorzystując ten ligand, zespół zsyntetyzował drugą klasę cząsteczek o potencjalnym działaniu skierowanym przeciwko HIV-1 w zakresie nanomolarnym. Trzecią cząsteczkę znaleziono, przeszukując bibliotekę komercyjną: jest ona selektywna w odniesieniu do G4 HIV-1, jednak źle się wiąże z komórkowym G4. Na koniec zespół skoncentrował się na czwartej cząsteczce zwanej aptamerem AS1411. Jest to antynowotworowy środek hamujący zakażenie HIV-1 poprzez wiązanie się ze współreceptorem wirusa na ścianie komórkowej. „Wyniki naszych badań są zgodne z naszymi oczekiwaniami początkowymi. Ustaliliśmy, że niektóre związki są ukierunkowane na G4 HIV, przejawiając przy tym odpowiedni poziom selektywności, jak również działanie antywirusowe. Wykazaliśmy również, w jaki sposób ośrodek regulacji transkrypcji HIV znajdujący się w G4 jest kontrolowany przez białka komórkowe z imponująco precyzyjnie dostosowaną siecią pomiędzy G4 a białkami komórkowymi. Co więcej, odnotowaliśmy – na poziomie rozdzielczości zapewnianym przez magnetyczny rezonans jądrowy – struktury najważniejszych G4 HIV. Umożliwia to racjonalne projektowanie/optymalizację ukierunkowanego działania leków”, wyjaśnia Richter.
Obiecujące wyniki
Oczywiście konieczne będą dalsze prace, zanim wyniki te będą mogły zaowocować nową generacją leków przeciwko HIV. Jednak ten korzystający z dofinansowania ERBN zespół opublikował niedawno pracę naukową wskazującą, w jaki sposób strategia oparta na peptydowym kwasie nukleinowym umożliwia precyzyjne doprowadzanie związków stabilizujących G4 do lokalizacji G4 HIV. Zespół opublikował też niedawno wyniki dodatkowego badania naukowego. Badacze zaprezentowali proces opracowywania wysokoprzepustowej metody, którą można zastosować do wyszukiwania cząsteczek przypominających leki skierowanych przeciwko dowolnie wybranej pojedynczej strukturze G4. „W naszym przypadku taka strategia sekwencjonowania wysokoprzepustowego umożliwiła rozpoznanie rodziny związków przypominających leki, które ukierunkowane są na najważniejszy G4 HIV o swoistym i unikalnym typie interakcji. Związki te wykazują odpowiednią aktywność antywirusową i nie są toksyczne dla komórek. Obecnie sprawdzamy, czy aktywność antywirusową można zwiększyć poprzez racjonalną modyfikację rodziny związków w oparciu o dane strukturalne, jakie otrzymaliśmy dzięki rezonansowi”, wskazuje Richter. Richter i jej zespół kontaktują się obecnie ze współpracownikami, aby przetestować swe związki na modelach zwierzęcych. Mimo że ten etap jest jeszcze przed nimi, ich badanie dostarczyło zupełnie nowych danych na temat struktury promotora HIV oraz regulacji transkrypcji wirusowej przez struktury G4.
Słowa kluczowe
HIV LTR G-4, HIV-1, G4, DNA, transkrypcja wirusowa, leczenie, HIV, sekwencjonowanie wysokoprzepustowe, G-kwadrupleksy
