Появились новые возможности лечения гепатита В

Новости сегодня - Появились новые возможности лечения гепатита В

В попытке ответить на давний биологический вопрос о том, как вирус гепатита В (HBV) может инфицировать клетки печени, исследователи, работающпеие под руководством Мемориального онкологического центра имени Слоуна-Кеттеринга (MSK), Медицинского центра Вейла Корнелла и Университета Рокфеллера, выявили уязвимость, которая открывает двери для новых методов лечения.

Согласно результатам, опубликованным в журнале Cell, команда успешно нарушила способность вируса заражать клетки печени человека в лабораторных условиях, используя соединение, которое уже проходило клинические испытания против рака, — заложив основу для исследований на животных моделях и потенциальной разработки лекарственных препаратов на основе их идей.

Гепатит B — это инфекция печени, которая поражает почти 5% населения мира. Она вызывает долгосрочное повреждение клеток печени и является одной из основных причин рака печени. Более 250 миллионов человек во всем мире имеют хроническую инфекцию HBV, и вирус вызывает более 1 миллиона смертей в год, что делает его второй по смертности инфекцией в мире, по данным Всемирной организации здравоохранения.

Исследование проводилось под руководством химика-биолога Яэль Дэвид, доктора философии, из MSK, совместно с гепатологом и вирусологом Робертом Шварцем, доктором медицины, доктором философии, из Weill Cornell Medicine и Вивианой Риской, доктором философии, из Рокфеллеровского университета.

«Этот проект начался с нашего фундаментального интереса к тому, как могут выглядеть и функционировать хромосомы вируса, и привел к неожиданным открытиям относительно того, как вирусная инфекция закрепляется в клетках человека», — говорит доктор Дэвид.

Первый автор исследования Николас Прескотт, доктор философии, продолжил исследование в лаборатории Дэвида в качестве своей дипломной работы. «Это прекрасный пример того, как инвестиции в «фундаментальную науку» и исследование фундаментальных биологических вопросов могут открыть дверь медицинским достижениям», — говорит он.

«Я всегда думал, что буду работать над вопросами, которые десятилетия спустя кто-то может сослаться в статье, когда найдет лекарство от какой-нибудь болезни. Никогда в жизни я не ожидал, что возглавлю проект, который выявит такого сильного кандидата на разработку лекарства от такого глобального бедствия, как гепатит В».

Биологический парадокс порождает сотрудничество

Исследование началось со случайной встречи и давнего парадокса.

Доктор Шварц, доцент кафедры гастроэнтерологии и гепатологии медицинского центра Weill Cornell, познакомился с доктором Дэвидом около шести лет назад на выездном семинаре для преподавателей аспирантуры факультета физиологии, биофизики и системной биологии медицинского центра Weill Cornell, где они оба занимают должности.

«На первый взгляд, наши исследовательские программы, кажется, не пересекаются», — говорит доктор Дэвид. «Он изучает гепатит B, в то время как моя лаборатория сосредоточена на понимании того, как регулируется экспрессия генов с помощью процесса, называемого эпигенетикой. Однако я был очарован, обнаружив, что вирусы, такие как вирус гепатита B, захватывают эпигенетические механизмы, даже используя белки упаковки человеческой ДНК для регулирования своей активности».

Вскоре после этого доктор Прескотт, тогда докторант трехинституциональной программы Ph.D. по химической биологии, готовился к работе в лаборатории Дэвида в Институте Слоуна-Кеттеринга MSK. «Его интерес к эпигенетической регуляции патогенов сразу же заставил меня считать HBV идеальной модельной системой для его исследования», — говорит доктор Дэвид.

В основе загадки, которая интриговала исследователей, лежит ключевой вирусный ген, который кодирует белок под названием X. Этот белок необходим HBV для установления продуктивной инфекции в клетках-хозяевах и экспрессии его вирусных генов. Однако сам ген X закодирован в вирусном геноме.

«Это поднимает классический вопрос о курице и яйце, который озадачивал ученых на протяжении десятилетий», — говорит доктор Дэвид. «Как вирус производит достаточно белка X, чтобы управлять экспрессией вирусных генов и вызывать инфекцию?»

Более того, ген, кодирующий белок X, считается онкогеном вируса, то есть геном, ответственным за прогрессирование заболевания в рак, добавляет доктор Прескотт. Это потому, что белок X разрушает белки в хозяине, которые участвуют в восстановлении ДНК.

Это не только не позволяет хозяину подавлять активность белка X, но и повышает вероятность накопления в инфицированных клетках ошибок ДНК, которые накапливаются с годами и десятилетиями, что приводит к развитию рака.

Проблемы существующих методов лечения гепатита В

«Одной из основных проблем лечения гепатита В является то, что существующие методы лечения могут помешать вирусу создавать новые копии самого себя, но они не полностью удаляют вирус из инфицированных клеток, что позволяет вирусу сохраняться в печени и поддерживать хроническую инфекцию», — говорит доктор Шварц, чья лаборатория предоставила биологические и клинические знания о вирусе, а также модели клеток печени человека, использованные в исследовании.

Вакцина от 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

По словам доктора Прескотта, который сейчас является постдокторантом в Лаборатории хромосомной и клеточной биологии в Университете Рокфеллера, изучение тайны белка X было сложной задачей. Существующие инструменты не могли пролить свет на то, что происходило в критические ранние часы инфекции.

Именно здесь экспертиза лаборатории Дэвида в том, как ДНК упаковывается, считывается и модифицируется, оказалась необходимой. Они впервые успешно создали минихромосому HBV, используя свои возможности по воссозданию 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», — говорит доктор Дэвид.

Для белка X упаковка имеет решающее значение

Исследовательская группа определила, что для того, чтобы вырабатывался белок X, ДНК вируса гепатита В должна быть организована в комплексы ДНК-гистон, называемые «нуклеосомами». Нуклеосомы похожи на бусины на нитке: нить — это вирусная ДНК, а бусины — это предоставленные хозяином гистоновые белки, вокруг которых обматывается ДНК; нуклеосомы — это строительные блоки хроматина, материала, из которого состоят хромосомы.

Именно эта часть проекта использовала экспертные знания доктора Риски из Рокфеллеровского университета. Лаборатория Риски изучает 3D-архитектуру генома и то, как упаковка ДНК помогает контролировать транскрипцию генов. У них были инструменты и экспертные знания, чтобы гарантировать, что то, что ученые видели на новой платформе для изучения вируса, соответствовало реальности человеческой инфекции.

«Принято считать, что упаковка ДНК гена в нуклеосомы блокирует или замедляет способность клетки считывать этот ген для создания функциональных белков, таких как белок X», — говорит доктор Риска.

«Но в сложных организмах, таких как люди, и в вирусах, которые нас заражают, регуляция генов не всегда столь однозначна. Наличие и расположение нуклеосом на ДНК может иметь важное значение для направления клеточных механизмов на транскрипцию некоторых генов.

«Мы обнаружили, что это относится и к гену HBV, кодирующему белок X: наличие нуклеосом в вирусном геноме необходимо для транскрипции РНК, которая приводит к образованию функционального белка X».

Выявление перспективного препарата против вируса гепатита В

Это открытие открывает дверь к пониманию того, как регулируется ген X и как устанавливается инфекция HBV. Более того, исследователи были рады обнаружить потенциальную терапевтическую возможность: если бы можно было нарушить формирование этих хроматиновых структур, то можно было бы нарушить способность вируса начинать и поддерживать инфекцию.

Команда протестировала пять низкомолекулярных соединений, известных тем, что они нарушают формирование хроматина. Только одно из них блокировало выработку белка X в клетках печени: кандидат на противораковый препарат под названием CBL137 .

Важно то, что препарат действовал при очень низких концентрациях — во много раз меньших, чем те, которые получали участники клинических испытаний по лечению рака, и при использовании доз, которые воздействовали только на вирус, но не на клетки человека.

«Это вселило в нас большой оптимизм относительно возможности разработки подхода к лечению, одновременно предотвращающего или ограничивающего побочные эффекты», — говорит доктор Дэвид.

«Более того, если эти результаты подтвердятся в ходе дополнительных исследований, мы с оптимизмом ожидаем, что этот подход впервые может быть использован для лечения хронических инфекций, а значит, может представлять собой потенциальное лекарство», — добавляет доктор Шварц.

Кроме того, исследователи отмечают, что CBL137 может оказаться столь же полезным для выявления или изучения других хроматинизированных ДНК-вирусов, таких как герпесвирусы и папилломавирусы.

Исследователи говорят, что для дальнейшего развития исследований группы в направлении потенциального клинического испытания следующим шагом станет изучение безопасности и эффективности CBL137 на животных моделях, хотя эти возможности ограничены из-за узкого спектра видов, которые может инфицировать вирус гепатита В.

Все исследователи подчеркнули, что исследование было бы невозможно без тесного сотрудничества трех институтов, объединивших необходимые экспертные знания и технологические ресурсы — от атомно-силового микроскопа MSK до Центра геномных ресурсов и кластера высокопроизводительных вычислений в Рокфеллеровском университете.

«Я думаю, это яркий пример того, что делает Tri-I таким замечательным местом для занятий наукой», — говорит доктор Прескотт.

Новости партнеров: