Впервые представлен процесс связывания интасомы ВИЧ и INSTI

Ученые из Института Солка (Salk Institute) в Сан-Диего (Калифорния, США) впервые представили трехмерные модели связывания ингибиторов переноса цепи интегразой (INSTI) с интасомами ВИЧ, продемонстрировав механизм работы лекарственной терапии. Исследователи показали, что именно делает АРВ-препараты данного класса настолько эффективными и не подверженными развитию резистентности вируса. Работа, опубликованная в журнале Science 30 января, может помочь в разработке новых и улучшении существующих методов лечения ВИЧ-инфекции.

«Препараты, которые мы изучали, - это новейшие соединения, доступные сегодня пациентам или проходящие доклинические исследования. До сих пор никто точно не знал, как именно они связываются со структурами ВИЧ, - говорит старший автор исследования д-р Дмитрий Люмкис, доцент лаборатории генетики Института Солка. – Более четкое представление того, как работают лекарственные средства, может помочь нам улучшить их и разработать новые терапевтические соединения».

Интасома – важнейшая структура вируса, состоящая из интегразы ВИЧ и цепей вирусной ДНК, которые образуются, когда вирус проникает в клетки человека. Интасома интегрируется в клетки и стимулирует ряд химических реакций, необходимых для внесения генетического материала ВИЧ в ДНК человека.

Некоторым препаратам из класса ингибиторов переноса цепи интегразой (INSTI), удалось блокировать интасому: ВИЧ не может инфицировать клетки, когда комплекс не способен интегрировать вирусную ДНК в геном человека. В настоящее время существует четыре INSTI, утвержденных Управлением по санитарному надзору за продуктами питания и лекарственными средствами США (FDA), а также ряд других, находящихся в стадии разработки.

Несмотря на успех этих молекул, исследователи изо всех сил пытались изучить, как именно они ингибируют интасому ВИЧ. Проблема была связана в основном с трудностями выделения интасом для структурного анализа. В прошлом большинство исследований интасом и INSTI проводилось на другом ретровирусе – PFV. В 2017 году д-р Люмкис и его коллеги первыми выделили структуру очищенных интасом ВИЧ.

В новой работе команда д-ра Люмкиса пошла еще дальше: они получили структуру интасом ВИЧ в момент их активного блокирования одним из четырех INSTI – препаратом биктегравир или тремя экспериментальными соединениями, известными как 4f, 4d и 4c. Команда использовала наклонную одночастичную криоэлектронную микроскопию (крио-ЭМ) – метод визуализации, который позволил им выявить структуру каждого комплекса интасома-препарат.

Первое наблюдение, которое сделал д-р Люмкис, заключалось в том, насколько каждое из средств, прикрепленных к интасоме ВИЧ, отличалось от того, что было замечено с интасомой PFV. Например, соединение, известное как 4f, зацикливается на себе, поскольку оно связывается с интасомой PFV, но остается относительно «плоским», поскольку присоединяется к структурам ВИЧ, - деталь, которая может в будущем помочь улучшить свойства связывания разрабатываемых молекул.

«Ученые до сих пор используют интасомную структуру PFV, чтобы объяснить и описать механизм действия этих лекарств, - говорит Дарио Пассос, соавтор исследования и штатный сотрудник лаборатории д-ра Люмкиса. – Но мы показали, что в этой области действительно необходимо изучать структуру ВИЧ, если мы хотим добиться дальнейшего прогресса».

«Мы и многие другие работали над достижением этой цели в течение нескольких десятилетий, и очень интересно, что в конце концов мы смогли понять, как ингибиторы ВИЧ работают в деталях и помогают разработке новых лекарств», - говорит д-р Мин Ли, соавтор исследования и научный сотрудник Национального института диабета и болезней органов пищеварения и почек США.

Проведенный специалистами анализ также показал, почему препараты данной группы настолько эффективны и что позволяет им избегать лекарственной устойчивости.

INSTI, как выяснили ученые, заполняют все пространство, которое обычно занято ДНК. Это означает, что если в интасоме ВИЧ развивается мутация, которая блокирует связывание INSTI, она также блокирует прикрепление ДНК, делая комплекс бесполезным для интеграции в клетки человека.

Наконец, чрезвычайно высокое разрешение структуры, полученное исследователями Института Солка, позволило им впервые увидеть детали того, как именно препараты химически взаимодействовали со структурами ВИЧ.

«В предыдущих исследованиях мы многое узнали о биологии интасом, - говорит Люмкис. – Но здесь мы впервые по-настоящему начали понимать терапевтический аспект того, как лекарства воздействуют на эти важные вирусные структуры».

Исследователи планируют провести дополнительную работу с использованием экспериментальных средств, сосредоточив основное внимание на соединении, известном как 4d, которое, как следует из доклинических испытаний, имеет значительно большие перспективы, чем другие соединения.

Специалисты также рассчитывают лучше понять, что происходит со структурой интасомы в тех случаях, когда у нее развивается устойчивость к INSTI. Это, по их словам, может помочь в разработке более эффективных лекарств.