Jų pastangų atsakyti į dešimtmečių senumo biologinį klausimą apie tai, kaip hepatito B virusas (HBV) sugeba nustatyti kepenų ląstelių infekciją, tyrimai, kuriems vadovauja „Memorial Sloan Kettering Cancer Center“ (MSK), Weill Cornell Medicine ir Rockefeller universiteto identifikuotas universitetas. pažeidžiamumas, atveriantis duris naujiems gydymams.
Komanda sėkmingai sutrikdė viruso gebėjimą užkrėsti žmogaus kepenų ląsteles laboratorijoje, naudodama jau klinikinių tyrimų metu prieš vėžį – remiantis pagrindu gyvūnų modeliams ir potencialiam vaistų vystymuisi pagal jų įžvalgas, remiantis IN išvadomis, paskelbtomis IN išvadomis Ląstelė.
Hepatitas B yra kepenų infekcija, serganti beveik 5% pasaulio gyventojų. Tai sukelia ilgalaikį kepenų ląstelių pažeidimą ir yra viena iš pagrindinių kepenų vėžio priežasčių. Pasaulio sveikatos organizacijos duomenimis, daugiau nei 250 milijonų žmonių visame pasaulyje serga lėtinėmis HBV infekcijomis, o virusas sukelia daugiau nei 1 milijoną mirčių per metus, todėl tai yra antra mirtiniausia infekcija visame pasaulyje.
Tyrimui vadovavo cheminis biologas Yaelis Davidas, Ph.D., MSK, dirbantis kartu su hepatologu ir virusologu Robertu Schwartzu, MD, Ph.D., Weill Cornell Medicine ir Viviana Risca, Ph.D. Universitetas.
„Šis projektas prasidėjo nuo mūsų esminio susidomėjimo, kaip viruso chromosomos gali atrodyti ir veikti, ir paskatino netikėtus atradimus, kaip viruso infekcija nustatoma žmogaus ląstelėse“, – sako dr. Davidas.
Studijų pirmasis autorius Nicholas Prescott, Ph.D., vykdė tyrimus Davido laboratorijoje kaip savo absolvento disertaciją. „Tai puikus pavyzdys, kaip investicijos į„ pagrindinį mokslą “ir pagrindinių biologinių klausimų tyrimas gali atverti duris medicinos pažangai“, – sako jis.
„Aš visada maniau Narkotikų kūrimas tokioms pasaulinėms rykštėms kaip hepatitas B. “
Biologinis paradoksas sukelia bendradarbiavimą
Tyrimas prasidėjo nuo atsitiktinio susitikimo ir ilgalaikio paradokso.
Dr. Schwartz, Weill Cornell Medicinos Gastroenterologijos ir hepatologijos skyriaus medicinos docentas, buvo supažindintas su dr. David Laikykitės susitikimų.
„Atrodo, kad mūsų tyrimų programose nėra sutapimo“, – sako daktaras Davidas. „Jis tiria hepatitą B, o mano laboratorijoje pagrindinis dėmesys skiriamas supratimui, kaip genų ekspresija yra reguliuojama per procesą, vadinamą epigenetika. Tačiau aš buvau sužavėta, kad virusai, tokie kaip hepatito B pagrobimo epigenetiniai mechanizmai, net naudojant žmogaus DNR pakuotes baltymus, norėdami reguliuoti jų aktyvumą “.
Neilgai trukus dr. Prescott, tuometinis doktorantūros doktorantas. Cheminės biologijos programa, ruošėsi Davido laboratorijai MSK Sloan Kettering institute. „Jo susidomėjimas epigenetiniu reguliavimu patogenais iškart privertė mane apsvarstyti HBV idealią modelio sistemą, kurią jis galėtų ištirti“, – sako daktaras Davidas.
Slaptos paslapties, suintriguojančios tyrėjus, esmė yra pagrindinis viruso genas, koduojantis baltymą, vadinamą X. Šis baltymas yra būtinas HBV, kad būtų galima nustatyti produktyvią infekciją šeimininko ląstelėse ir jos virusinių genų ekspresiją. Tačiau pats X genas yra užkoduotas viruso genome.
„Tai kelia klasikinį vištienos ir kiaušinio klausimą, kuris dešimtmečius suglumino mokslininkus“,-sako daktaras Davidas. „Kaip virusas sukuria pakankamai x baltymo, kad padidintų viruso genų ekspresiją ir užfiksuotų infekciją?”
Be to, genas, koduojantis baltymą X, yra laikomas viruso onkogenu – tai yra genas, atsakingas už ligos progresavimą link vėžio, priduria dr. Prescott. Taip yra todėl, kad baltymai X skaido baltymus šeimininke, susijusius su DNR taisymu.
Tai ne tik neleidžia šeimininkui nutildyti baltymo X aktyvumą, bet ir užkrėstos ląstelės taip pat labiau linkusios kaupia DNR klaidas, kurios kaupiasi bėgant metams ir dešimtmečiams, todėl sukelia vėžio vystymąsi.
Esamų hepatito B gydymo iššūkiai
„Vienas iš pagrindinių hepatito B gydymo iššūkių yra tas, kad esami gydymo būdai gali sustabdyti virusą nuo naujų egzempliorių, tačiau jie nevisiškai išvalo virusą iš užkrėstų ląstelių, leidžiant virusui išlikti kepenims ir išlaikyti lėtinę lėtinę Infekcija “, – sako dr. Schwartz, kurio laboratorija prisidėjo prie biologinės ir klinikinės viruso patirties, taip pat tyrime naudojamuose žmogaus kepenų ląstelių modeliuose.
Hepatito B vakcina taip pat yra veiksminga, tačiau norint išlaikyti imunitetą dažnai reikia stiprintuvo. Be to, tai nepadeda žmonėms, kurie jau yra užkrėsti. Tai atsitinka, pavyzdžiui, dėl viruso perdavimo iš motinos į vaiką, o tai labai paplitusi besivystančiose šalyse.
Kai kuriose Afrikos ir Azijos vietose, kur infekcijos procentas yra didesnis, galimybė gauti vakcinas ir gydymas taip pat yra labiau ribotas.
Naujos platformos kūrimas hepatitui B
Pasinaudojus X baltymo paslaptimi, buvo iššūkis, aiškina dr. Prescott, kuris dabar yra podoktorantūros bendradarbis chromosomų ir ląstelių biologijos laboratorijoje Rokfelerio universitete. Esamos priemonės negalėjo atskleisti to, kas vyko tomis kritinėmis ankstyvomis infekcijos valandomis.
Čia Davido laboratorijos kompetencija DNR supakuojama, perskaityta ir modifikuota pasirodė esminė. Jie pirmą kartą sėkmingai sukūrė HBV minichromosomą, naudodamiesi jų galimybėmis atkurti viruso DNR komplekse su žmogaus histonais, kurie yra baltymai, kurie pakuoja ir organizuoja DNR.
„Ši platforma tapo galinga priemonė ne tik ištirti viruso biochemiją, bet ir išsamiai išanalizuoti, kas nutinka kritinėmis pirmosiomis infekcijos valandomis“, – sako dr. Davidas.
X baltymui pakuotė daro skirtumą
Tyrimo komanda nustatė, kad norint, kad baltymai X būtų pagaminta, hepatito B viruso DNR reikia suskirstyti į DNR-histonų kompleksus, vadinamus „nukleosomomis“. Nukleosomos yra tarsi karoliukai ant stygos-styga yra virusinė DNR, o granulės yra šeimininko pateikiami histono baltymai, aplink kuriuos DNR apvyniota; Nukleosomos yra chromatino, medžiagos, sudarančios chromosomas, statybiniai blokai.
Būtent ši projekto dalis pasinaudojo dr. Risca kompetencija iš Rokfelerio universiteto. RISCA laboratorija tiria 3D genomo architektūrą ir tai, kaip DNR pakuotė padeda kontroliuoti genų transkripciją. Jie turėjo įrankius ir kompetenciją, siekdami užtikrinti, kad tai, ką mokslininkai mato naujoje viruso tyrimo platformoje, atitinka žmogaus infekcijos tikrovę.
„Įprasta išmintis sako, kad geno DNR supakavimas į nukleosomas blokuotų ar sulėtintų ląstelės gebėjimą perskaityti tą geną, kad būtų gaminami funkciniai baltymai, kaip baltymai X“, – sako dr. Risca.
„Tačiau sudėtinguose organizmuose, tokiuose kaip žmonės, ir virusuose, kurie mus užkrečia, genų reguliavimas ne visada yra toks tiesus. Nukleozomų buvimas ir padėtis DNR gali būti svarbūs nukreipiant ląstelių mechanizmus, kad būtų galima perrašyti kai kuriuos genus.
„Mes nustatėme, kad tai yra HBV geno, koduojančio baltymą X, atveju. Nukleosomų buvimas viruso genome yra būtinas RNR transkripcijai, sukeliančiai funkcinį baltymą X.”
Nustatykite perspektyvų kandidatą į narkotikus prieš HBV
Šis atradimas atveria duris suprasti, kaip reguliuojamas X genas ir kaip nustatoma HBV infekcija. Be to, tyrėjai pakilo atrasti galimą terapinę galimybę: jei būtų galima sutrikdyti šių chromatino struktūrų susidarymą, tada galima sutrikdyti viruso sugebėjimą pradėti ir palaikyti infekciją.
Komanda išbandė penkis mažų molekulių junginius, kurie, kaip žinoma, pablogina chromatino susidarymą. Tik vienas užblokavo baltymo X gamybą kepenų ląstelėse: kandidatas į priešvėžinį narkotikų kandidatą, vadinamą CBL137.
Svarbu tai, kad ji veikė esant labai mažoms koncentracijoms – daug kartų mažesnis nei vėžio klinikinių tyrimų dalyviai, vartojant dozes, kurios paveikė tik virusą, bet ne žmogaus ląsteles.
„Tai mus labai optimistiškai optimistiškai vertino galimybę sukurti gydymo metodą, tuo pačiu užkertant kelią ar ribojant šalutinį poveikį“, – sako dr. Davidas.
„Be to, jei šie rezultatai bus patvirtinti atliekant papildomą tyrimą, mes esame optimistiški, metodas galėtų būti naudojamas pirmą kartą gydyti lėtines infekcijas, todėl tai gali būti galimas gydymas“, – priduria dr. Schwartz.
Be to, CBL137 gali pasirodyti panašiai naudingas nukreipiant ar ištirti kitus chromatinizuotus DNR virusus, tokius kaip herpes virusai ir papilomos virusai, pažymi tyrėjai.
Kitas žingsnis būtų toliau plėtoti komandos tyrimus siekiant galimo klinikinio tyrimo, kitas žingsnis būtų ištirti CBL137 saugumą ir efektyvumą gyvūnų modeliuose – nors jie yra riboti dėl siauros HBV rūšių diapazono, sako tyrėjai.
Visi tyrėjai pabrėžė, kad tyrimas nebūtų buvęs įmanomas be glaudaus trijų institucijų bendradarbiavimo, kuris sujungė reikiamą kompetenciją ir technologinius išteklius-nuo MSK atominės jėgos mikroskopo į Genomikos išteklių centrą ir aukšto našumo skaičiavimo klasterį AT Rokfelerio universitetas.
„Manau, kad tai yra puikus pavyzdys, dėl kurio„ Tri-i “yra tokia puiki vieta mokslui“,-sako dr. Prescott.