Клеточные факторы - потенциальные мишени терапии ВИЧ-инфекции

Как и все прочие вирусы, ВИЧ является облигатным паразитом, то есть не имеет собственных возможностей для осуществления метаболизма и многих этапов размножения. Репликация вируса полностью зависит от условий клетки-хозяина, поэтому в результате совместной эволюции вирусы приобретают и совершенствуют способности использовать клеточные ресурсы себе на благо. На всех этапах жизненного цикла ВИЧ это проявляется рекрутированием клеточных белков с целью выполнения некоторых функций, недоступных для самого вируса, и повышения его продукции.

Некоторые из этих белков уже не первый год подробно изучаются, но лишь недавно с применением новейших технологий стало понятно, что в действительности пока мы наблюдаем только верхушку айсберга.

Несколько параллельно проведенных исследований, основанных на последовательном «выключении» клеточных генов в инфицированных ВИЧ клетках, показали, что, по крайней мере,1254 гена человека так или иначе связаны с размножением ВИЧ в клетке. Продукты почти всех этих генов помогают вирусу размножиться в клетке, и лишь три белка из известных на сегодня отчаянно пытаются ограничить репликацию ВИЧ. В ответ на эти героические действия вирус выработал механизмы сопротивления, большинство из которых связаны с деятельностью вспомогательных белков ВИЧ.

Первым из группы естественных ингибиторов репликации ВИЧ был от-

крыт белок APOBEC3G.3tot белок включается в состав вирусных частиц еще на стадии их отпочковывания от клеток и, возможно, уже внутри вирио- нов начинает свою деятельность. Она заключается в осуществлении реакции дезаминирования цитидина, результатом чего становятся множественные замены G—>А в составе кДНК ВИЧ; такая гипермутация генома катастрофически сказывается на размножении ВИЧ (см. нижнюю часть рисунка).

Противником APOBEC3G является вирусный белок Vif, который усиливает его деградацию, привлекая для этого протеасомный аппарат клетки (в верхней части рисунка). Эти события развиваются на первых этапах обратной транскрипции, а на стадии почкования Vif использует другие свои возможности и действует уже как помеха включению APOBEC3G в состав новых вирионов, занимая там его место.

Очевидно, что возможными подходами к использованию APOBEC3G в качестве терапевтической мишени могли бы стать специфическое ингибирование Vif, повышение уровня синтеза (бустирование) APOBEC3G либо усиление его каталитической активности. Так же очевидно, что для того, чтобы перейти к практическим разработкам, понадобится еще многое прояснить в отношении механизмов активности обоих белков и внутриклеточной локализации описанных процессов.

Вторым в порядке очередности открытия стал белок TRIM5a, который был впервые обнаружен у обезьян (Rhesus macaques) в качестве фактора естественной устойчивости к заражению ВИЧ.

Известно, что в момент пересечения мембраны клетки вирусная частица теряет свои оболочечные белки («раздевается»), а после попадания в цитоплазму последовательно сбрасывает слои капсида, образованные внутренними белками, до тех пор, пока не высвободит РНК. Оказалось, что этот этап связан с существованием своеобразного видоспецифического барьера: обезьяньи TRIM5a блокируют раздевание вирусов иммунодефицита обезьян всех видов, кроме собственного.

Механизм блокирования «раздевания» при участии TRIM5a пока остается неизвестным; предполагается, что обезьяний TRIM5a каким-то образом способствует деградации белка СА, привлекая к этому клеточные про-

теолитические белки. Блокируя стадию упорядоченного «раздевания», TRIM5a заменяет ее хаотическим и неупорядоченным разрушением капсида и РНК под действием ферментов хозяйской клетки, результатом чего становится деградация содержимого вирусной частицы.

У человека тоже есть свой вариант TRIM5a, однако его блокирующие способности выражены гораздо меньше, и ВИЧ в клетках человека легко преодолевает это естественное препятствие. Фантазируя по поводу возможностей использования TRIM5a как мишени для лекарственных препаратов, можно представить себе усиление его действия путем применения методов генной терапии и придания ему свойств обезьяньего варианта белка, либо повышение степени связывания человеческого TRIM5a с капсидными белками вируса; кроме того, в семействе TRIM есть и другие кандидаты (например, TRIM22), возможно, способные при соответствующей индукции ограничить размножение ВИЧ.

Третий участник сражений на этой стороне баррикад был открыт совсем недавно - им стал белок тетерин (от англ, tether - привязывать). Оказа

лось, что он способен удерживать полностью готовые к отпочковыванию вирионы на внутренней стороне мембраны клетки, в результате чего вновь образовавшиеся частицы накапливаются вблизи мембраны, не имея возможности выйти наружу и оторваться от поверхности. К сожалению, так бывает только у штаммов ВИЧ, лишенных белка Vpu. Как уже стало понятно читателю, у вируса есть механизм сопротивления активности тетерина, и вспомогательный белок Vpu является его главным участником. Сродство Урик тетерину приводит к образованию комплекса, в составе которого тетерин теряет свои свойства, и вирионы беспрепятственно отделяются от клетки.

Естественным индуктором синтеза тетерина является интерферон (IFNa); использование его в качестве средства терапии, впрочем, представляется сомнительным, потому что IFNa способен к стимулированию активации иммунной системы, которая, как уже известно, сама по себе есть причина прогрессии ВИЧ-инфекции и СПИДа. Некоторые препараты проявили в эксперименте способность к повышению уровня тетерина и ингибированию репликации ВИЧ путем вмешательства в его контакт с Vpu; возможно, на этом пути будет найдено решение проблемы.

Перечень факторов человеческой клетки, способствующих размножению ВИЧ, неизмеримо длиннее списка его естественных ингибиторов. Практически любой из шагов вируса на каждом из этапов его репликации «подстрахован» и усилен действием какого-либо из клеточных белков. В результате «дорожная карта» ВИЧ, отражающая участие клеточных белков, выглядит заметно сложнее, чем схема жизненного цикла вируса... Примеры, которые будут далее приведены, не отражают и малой доли информации, которая накоплена только за последние годы исследований, и при этом большинство механизмов функционирования белков-помощников пока еще не расшифровано.

В сущности, клеточные рецепторы ВИЧ - CD4 и CCR5 становятся первыми из встреченных вирусом клеточными белками, без которых его размножение не могло бы начаться. Разработки терапевтических средств - ингибиторов этой группы хозяйских белков уже проводятся (см. главу IV).

Для перемещения вирусных компонентов (РНК, кДНК и белков) в цитоплазме на всем пути их следования используются элементы «внутриклеточного транспорта» - микротрубочки и сократительные волокна актина. Это позволяет многократно ускорить течение процесса размножения вируса, поскольку все компоненты, необходимые для этого, оказываются в нужное время в нужном месте.

Максимальное число клеточных белков задействовано на этапах, предшествующих интеграции, и собственно в интеграционных событиях. Так, для перемещения преинтеграци- онного комплекса в ядро клетки активно используется аппарат белков - им- портинов и нуклеопоринов ядерной мембраны.

Последовательность хромосомной ДНК в участке встраивания провируса не имеет существенного значения, однако назвать локализацию этого процесса полностью случайной было бы неправильно. В выборе участка интеграции ведущую роль играет, по- видимому, доступность ДНК, то есть окружающая ее структура хроматина. Это означает, что «горячими точками» для интеграции являются транскрип- ционно активные участки ДНК. Для «опознания» такого участка необходимо присутствие белка LEDGF/p75. Белок HMGA1 обладает способностью

оказывать влияние на укладку ДНК; возможно, придавая ДНК оптимальную конформацию, HMGA1 создает «комфортные условия» интегразе и делает ее работу более эффективной.

Одна из привлекательных мишеней для терапии - хозяйские белки, функционирующие на постинтеграционных этапах размножения ВИЧ. Известно, что вирус узурпирует аппарат ESCRT-I, предназначенный для сортировки белков, путем взаимодействия с белком TSG101; следствием этого процесса является накопление вируса в мультивезикулярных тельцах макрофагов и усиление их почкования в лимфоцитах. Разобщение этого взаимодействия могло бы предотвратить высвобождение новых вирионов из клеток.

Белки, занятые в процессе про- теасомной деградации различных клеточных субстанций, играют важнейшую роль как во внутриклеточных событиях, так и в формировании иммунного ответа. Транскрипция вирусного генома и трансляция вирусных белков полностью опосредованы клеточным синтетическим аппаратом (факторы инициации и элонгации, ри- босомные белки, белки модификации нуклеиновых кислот и т.д.). Сборка вирионов, на первый взгляд происходящая без участия ферментов, в действительности в огромной степени зависит от взаимного расположения компонентов вируса во времени и пространстве, и заслуга клеточных белков в этом неоспорима.

Итак, взаимодействие аппарата размножения ВИЧ и клетки-хозяина значительно теснее и сложнее, чем это предполагалось даже с учетом представлений о паразитической природе вирусов. Идентификация множества белков клетки, эксплуатируемых вирусом на всех этапах жизненного цикла, представляет большие возможности для антиретровирусной терапии. Эти мишени особенно привлекательны тем, что клеточные белки практически не подвержены мутационным изменениям, а значит, проблема лекарственной устойчивости вряд ли может их коснуться.

Тем не менее, прежде чем имеющиеся знания станут основой для разработки новых лекарственных препаратов, нужно получить ответы на многие вопросы. Следует выяснить, насколько явления и процессы, наблюдаемые пока в основном в условиях in vitro, соответствуют действительной

ситуации in vivo, какие из активностей клеточных белков могут быть ингибированы без заметного ущерба для метаболизма самой клетки; функцию каких факторов можно «выключить» без заметных физиологических последствий.

В идеале в роли ингибиторов ВИЧ- ассоциированных факторов клетки могут выступать молекулы, имитирующие, а, следовательно, являющиеся конкурентами клеточных партнеров этих факторов. Обязательным требованием к таким молекулам должна быть их эффективная доставка внутрь клеток. Глобальных же подходов, как уже понятно читателю, всего два - предотвратить использованием вирусом тех факторов, которые ему помогают, и усилить эффект белков- помощников. Простор для научной фантазии в этих направлениях поистине безграничен...

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >