11:00 
Исследователи Гарвардской медицинской школы обнаружили важные сведения о том, как работает новый класс противовирусных препаратов.
Это открытие проливает свет на важный инструмент для борьбы с лекарственно-устойчивыми штаммами вируса простого герпеса, или ВПГ, и указывает на новые пути лечения герпесвирусов и других видов ДНК-вирусов (тех, которые имеют ДНК в качестве генетического материала и могут реплицироваться внутри клеток-хозяев).
Исследование, финансируемое из федерального бюджета, опубликовано в Cell 29 декабря.
Как врач-инфекционист в Brigham and Women's Hospital, соавтор исследования
Джонатан Абрахам наблюдал, как у многих пациентов с ослабленной иммунной системой развивались опасные лекарственно-устойчивые инфекции ВПГ. Такая резистентность может развиться, когда вирус неоднократно обрабатывают одним и тем же типом противовирусного средства.
Но Абрахам также является адъюнкт-профессором микробиологии HMS, который изучает, как физические структуры вирусов влияют на инфекции, болезни и иммунитетответы - что делает его уникальным для изучения и поиска решений проблемы.
«Как клинициста, удручает, когда медицина может вылечить пациента от рака, но пациенту требуется иммуносупрессия, которая делает его уязвимым для вируса, который не реагирует на лучшие лекарства, которые мы имеем для его лечения», - сказал Абрахам.
Как исследователь, это вдохновляет меня узнать как можно больше о том, как работает вирус, чтобы мы могли продолжать находить лучшие варианты для людей, которые больны устойчивыми штаммами вирусов."
Джонатан Абрахам, Гарвардская медицинская школа
Члены нового класса противовирусных препаратов тестируются в клинических испытаниях в США, и один из них получил одобрение в Японии, но как работают эти новые препараты, в основном неизвестно. Авраам и его коллеги стремились раскрыть некоторые из этих секретов.
Абрахам работал с со-старшим автором Джозефом Лопаро, профессором биологической химии и молекулярного фармакола HMSogy, чтобы воспользоваться достижениями в области структурной биологии и методов визуализации для изучения биофизических механизмов, действующих по мере того, как новые препараты связываются и инактивируют критический фермент в жизненном цикле ВПГ.
Лаборатория Абрахама сосредоточилась на выявлении структурных деталей того, как препараты связаны с вирусным белком, в то время как лаборатория Лопаро работала над захватом деталей в реальном времени о том, как работает процесс связывания, чтобы блокировать вирусный белок.
«Реальной силой этого исследования является сочетание высокого разрешения, атомистических изображений вирусных белков, связанных ингибиторами, и визуализации вирусных белков в реальном времени в действии», - сказал Лопаро.
Вирус простого герпеса - опасный, живучий вирусный враг
Герпесвирусы могут вызывать инфекции, такие как ветряная оспа, опоясывающий лишай и мононуклеоз; были вовлечены в рак, аутоиммунные заболевания и другие заболевания; и, как правило, задерживаются на латентной стадии на протяжении всей жизни. Среди них ВПГ-1широко известен тем, что вызывает герпес, но также может вызывать серьезные инфекции головного мозга у здоровых взрослых и тяжелые заболевания у людей с ослабленным иммунитетом.
Противовирусные препараты, которые в настоящее время одобрены FDA для HSV-1, направлены на нацеливание на ДНК-полимеразу вируса, белок, который делает копии вирусного генома. Однако появились штаммы вируса, устойчивые к этим препаратам.
Альтернативы уже существуют, включая класс препаратов, известных как ингибиторы геликазы-примазы, или HPI. Они нацелены на вирусную геликазу-примазу, фермент, который, как и полимераза, имеет решающее значение для герпесвирусов, чтобы копировать себя.
Вирусная геликаза раскручивает вирусный геном, двигая и распаковывая переплетенные нити ДНК, чтобы превратить ее в одноцепочечную ДНК. Это раскрывает информацию, закодированную в геноме, чтобы полимераза могла ее воспроизвести.
Между тем, вирусная примаза запускает создание молекулы РНК, которая служитисходное место для прикрепления новой копии генома, например, фрагмент в нижней части застежки-молнии куртки, который позволяет ползунку взаимодействовать с зубами застежки-молнии.
HPI вмешиваются в эти операции, чтобы остановить процесс копирования.
Изображения с высоким разрешением
До сих пор ни одному исследованию не удалось выявить структуры ферментов ВПГ, таких как геликаза-примаза. Одна из причин заключается в том, что они очень волнистые, постоянно движутся и меняют форму. Существование рабочего ингибитора - препаратов HPI - теперь позволяет ученым блокировать ферменты в единую статическую форму, которую можно визуализировать. Без этого, по словам Абрахама и его коллег, их открытия были бы невозможны.
Команда использовала криогенную электронную микроскопию (cryo-EM) для визуализации с почти атомным разрешением физической структуры геликазы-примазы HSV-1, когда она связана несколькими ингибиторами.
Исследователи также использовали cryo-EM для визуализации hвирусная геликаза-примаза взаимодействует с вирусной полимеразой во время репликации ДНК. Структура этого более крупного комплекса может помочь в идентификации новых сайтов-мишеней лекарственного средства, выявляя физические и химические свойства мест, где потенциальное лекарственное средство может связываться и мешать репликации.
Данные cryo-EM были собраны в Гарвардском центре структурной биологии Cryo-EM при HMS.
От снимков к движущимся картинкам
Изображение cryo-EM представляет собой подробный снимок, который точно показывает, где и как лекарственные средства взаимодействуют с ферментом и предотвращают создание вирусом новых копий самого себя. Но чтобы более подробно понять, как работает ингибитор, команда хотела увидеть молекулы в действии.
Для этого исследователи провели эксперименты с инструментом, известным как оптический пинцет.
Оптический пинцет использует импульс фотонов от высокофокусированных лазеров для манипулирования частицами, как научно-фантастический трактctor beam, но в гораздо меньшем масштабе.
Исследователи использовали пинцет для суспендирования фрагмента вирусной ДНК, оснащенного геликазапримазой, между двумя шариками. Они наблюдали за работой фермента, а затем исследовали, что произошло, когда они ввели крошечные дозы ингибирующего препарата. Команда смогла наблюдать за отдельными молекулами геликазы, раскручивающими двойную спираль ДНК, а также могла видеть, когда препарат останавливал процесс.
«Последнее поколение инструментов визуализации, таких как пинцет, дало ученым беспрецедентную возможность увидеть, как процессы жизни работают на уровне отдельных молекул», - сказал Лопаро. «В этом случае мы смогли увидеть в режиме реального времени, как ингибитор десен поднимает мотор геликазы и заставляет его останавливаться."
Эти новые идеи вселяют надежду на то, что их работа может стимулировать дальнейшую разработку противовирусных препаратов и продолжать предоставлять более глубокие знания, которые когда-нибудь позволят врачам использовать механизм жизниe, чтобы улучшить здоровье людей во всем мире, говорят исследователи.
