חשיפת מנגנוני עמידות לתרופות ל-HIV באמצעות מבני חלבון

המחקר החדש, שפורסם ב-21 ביולי 2023 ב התקדמות המדעחושף כיצד שינויים במבנים התלת-ממדיים של אינטגראז, חלבון HIV, יכולים להוביל לעמידות ל-Dolutegravir וכיצד תרכובות אחרות עשויות להתגבר על עמידות זו.

"עם HIV, אדם חייב לחשוב שני צעדים לפני הנגיף", אומר פרופסור חבר סאלק דמיטרי ליומקיס, מחבר בכיר שותף ויו"ר ההתפתחות של קרן הרסט. "עכשיו קבענו כיצד הנגיף יכול להמשיך להתפתח נגד תרופות כמו Dolutegravir, שחשוב לקחת בחשבון לפיתוח תרופות טיפוליות עתידיות."

הדבקה ב-HIV תלויה ביכולת של הנגיף להדביק את החומר הגנטי שלו לתוך הגנום של תאים אנושיים, ובעצם לחטוף את התאים להפוך למפעלים לייצור וירוסים. Dolutegravir ותרופות קשורות פועלות על ידי חסימת אינטגראז, חלבון קריטי ליכולתו של הנגיף לשלב את ה-DNA שלו בגנום המארח. ללא אינטגראז מתפקד, HIV לא יכול להדביק ביעילות תאים אנושיים. עם זאת, HIV הוא וירוס העובר מוטציות במהירות, ומספר הולך וגדל של זני HIV עמידים לדולוטגרוויר.

בעבר, המעבדה של ליומקיס גילתה את המבנה התלת-ממדי של חלבון האינטגראז בזמן שהוא מחובר ל-DNA וכן בדיוק כיצד תרופות כמו Dolutegravir נקשרות וחוסמות אינטגראז. אבל החוקרים לא היו בטוחים כיצד מבנה האינטגראז השתנה כאשר הנגיף הפסיק להגיב ל-Dolutegravir.

במחקר החדש, Lyumkis ומשתפי פעולה מהמכונים הלאומיים לבריאות יצרו גרסאות של חלבון האינטגראז עם מוטציות שידוע כי הן הופכות את HIV לעמיד בפני Dolutegravir. לאחר מכן הם קבעו את המבנה של כל אינטגראז מוטנטי, וחשפו מדוע Dolutegravir לא יכול עוד להיקשר ולחסום כל גרסה של החלבון. המדענים גם העריכו את "כושרו" של הנגיף (יכולתו לייצר צאצאים מדבקים) ואת פעילות האנזים כדי להבין טוב יותר מה מוביל לעמידות לתרופות בחולים.

"די הופתענו מגודל ההתנגדות שהיו לווריאציות האינטגרזיות הללו", אומר ליומקיס. "היכולת של Dolutegravir לתפקד נפגעה לחלוטין."

החוקרים בדקו גם את היעילות של תרופת HIV ניסיונית, 4d, לחסום את תפקודם של חלבוני אינטגראז עמידים לדולוטגרוויר. 4d פותחה על ידי משתפי הפעולה של Lyumkis ב-NIH כתרופה ממוקדת אינטגראז' מהדור הבא ונמצאת כעת בניסויים פרה-קליניים בבעלי חיים. בכל הגרסאות, הם גילו ש-4d עדיין חסם בעוצמה את היכולת של HIV לשלב את הגנים שלו בתאים אנושיים. זה מצביע על כך ש-4d או גרסאות של תרכובת זו עשויים לשמש ביעילות לטיפול בנגיף בחולים שפיתחו עמידות ל-Dolutegravir.

הנתונים המבניים על האופן שבו 4d נקשר לחלבוני האינטגראז העמידים ל-Dolutegravir רמזו גם כיצד תרופות חדשות יכולות להתגבר על עמידות לתרופות.

"4d הוא למעשה רק דוגמה כיצד להילחם בעמידות לתרופות, אבל הוא מספק לנו כמה עקרונות בסיסיים שמהם נוכל ללמוד כדי לעצב תרופות אחרות", אומר מחבר בכיר רוברט קרייג'י מהמכון הלאומי לסוכרת ומחלות עיכול וכליות (NIDDK), חלק מהמכונים הלאומיים לבריאות. "האופן שבו קטע של מולקולת 4d נערם כמו יריעה שטוחה על גבי קטע של מכלול חלבון-DNA אינטגרז יכול להיות משוכפל בתרכובות אחרות."

בשלב הבא, המדענים ילמדו כיצד מתפתחות גרסאות אינטגרזיות – כולל אלה שטרם נראו בחולים אך אפשריים בעתיד – וכיצד הם משפיעים על התגובה לתרופות המשמשות הכי טובות מבחינה קלינית, כמו גם על היכולת של HIV להדביק בני אדם.

מחברים נוספים כוללים את דריו אוליביירה פאסוס, זלין שאן, אביק ביזוואז וטימותי ס. שטרוצנברג מסאלק; Min Li, Zhaoyang Li, Steven J. Smith, Xue Zhi Zhao, Terrence R. Burke, Jr. and Stephen H. Hughes מהמכון הלאומי לבריאות; Qinfang Sun, Indrani Choudhuri, Allan Haldane, ורונלד מ. לוי מאוניברסיטת טמפל; נאנג'י דנג מאוניברסיטת פייס; ולורנצו בריגנטי וממוקה קוורצקליה מהקמפוס הרפואי של אוניברסיטת קולורדו אנשוץ.