ساختارهای اتصال به اچ آی وی-دارو به مکانیسم های مقاومت اشاره دارند

محققان موسسه سالک، با همکاری دانشمندان موسسه ملی بهداشت (NIH)، مکانیسم‌های مولکولی را کشف کرده‌اند که توسط آن ویروس نقص ایمنی انسانی (HIV) به دولوتگراویر (DTG)، یک مهارکننده انتقال رشته اینتگراز (IN) (INSTI) که یکی از موثرترین درمان‌های بالینی برای عفونت HIV استفاده می‌شود، مقاوم می‌شود.

مطالعه جدید گزارش شده، که از تکنیک‌هایی از جمله میکروسکوپ کرایو الکترونی (cryo-EM) برای ارزیابی اتصال دارو در انواع HIV با آنزیم اینتگراز جهش یافته استفاده کرد، نشان داد که چگونه تغییرات در ساختارهای سه‌بعدی اینتگراز می‌تواند منجر به مقاومت دولوتگراویر شود و نشان داد که چگونه ترکیبات دیگر ممکن است بتوانند بر این مقاومت غلبه کنند.

دکتر Dmitry Lyumkis، دانشیار Salk، رئیس توسعه بنیاد Hearst و نویسنده ارشد مقاله منتشر شده این تیم در Science Advances، گفت: «با HIV، باید دو قدم جلوتر از ویروس فکر کرد. ما اکنون مشخص کرده‌ایم که چگونه ویروس می‌تواند در برابر داروهایی مانند دولوتگراویر به تکامل خود ادامه دهد، چیزی که برای توسعه درمان‌های آینده مهم است. لیومکیس و همکارانش یافته‌های خود را در مقاله‌ای با عنوان «مکانیسم‌های مقاومت HIV-1 اینتگراز به دولوتگراویر و مهار قوی انواع مقاوم به دارو» شرح دادند. در مقاله خود، تیم به این نتیجه رسید: «در مجموع، این داده‌ها بینش مکانیکی در مورد مقاومت دارویی و براندازی آن ارائه می‌دهند و مسیرهای مستقیم بیشتری را برای طراحی INSTI با پروفایل‌های مقاومت بهبودیافته امکان‌پذیر می‌سازند».

عفونت HIV به توانایی ویروس برای چسباندن مواد ژنتیکی خود به ژنوم سلول‌های انسانی بستگی دارد و اساساً سلول‌ها را ربوده و به کارخانه‌های تولید ویروس تبدیل می‌شود. دولوتگراویر و داروهای مرتبط با آن با مسدود کردن آنزیم اینتگراز ویروسی که برای توانایی ویروس در ادغام DNA خود در ژنوم میزبان حیاتی است، کار می کنند. بخشی از این فرآیند ادغام ویروسی در ساختارهایی به نام اینتازوم اتفاق می افتد. نویسندگان نوشتند: «تشکیل گونه‌های درون‌آزومی و قرار دادن DNA ویروسی (vDNA) با واسطه درون‌آزمون به ژنوم میزبان، مراحل ضروری در چرخه تکثیر ویروسی هستند. بدون عملکرد اینتگراز HIV نمی تواند به طور موثر سلول های انسانی را آلوده کند. با این حال، HIV یک ویروس به سرعت در حال جهش است و تعداد فزاینده ای از سویه های HIV به دولوتگراویر مقاوم هستند.

آزمایشگاه Lyumkis قبلاً در مورد ساختار سه بعدی پروتئین اینتگراز در حالی که به DNA متصل است گزارش داده بود و دقیقاً کشف کرده بود که چگونه داروهایی مانند دولوتگراویر به اینتگراز متصل شده و آن را مسدود می کند. اما محققان هنوز مطمئن نبودند که چگونه ساختار اینتگراز با توقف پاسخ ویروس به دولوتگراویر تغییر کرد. در مطالعه جدید گزارش شده، Lyumkis و همکاران NIH نسخه‌هایی از پروتئین اینتگراز را با ترکیبی از جهش‌ها (E138K، G140A/S و Q148H/K/R) ایجاد کردند که به عنوان مقاوم HIV در برابر دولوتگراویر شناخته شده بود. سپس آنها ساختار هر اینتگراز جهش یافته را تعیین کردند، با استفاده از فناوری cryo-EM برای نشان دادن ساختارهای انتازوم های HIV-1 مقاوم به دارو که به DTG متصل هستند، و نشان دادند که چرا دولوتگراویر دیگر نمی تواند نسخه های پروتئین را با این جهش های مقاوم به دارو (DRM) مسدود کند. تلاش‌های ما برای درک اثرات جهش‌های E138K + G140A/S + Q148H/K/R، ضعف‌های خاصی را در توانایی DTG در مهار برخی از DRM‌های پیچیده نشان داد… این ساختارها، تکمیل شده با شبیه‌سازی‌های انرژی آزاد، ویروس‌شناسی و آنزیم‌شناسی، مکانیسم‌های مقاومت در برابر DTG130K4+E را توضیح می‌دهند 4d قدرت را بهتر از DTG حفظ می کند. لیومکیس افزود: «ما از میزان مقاومتی که این گونه‌های اینتگراز داشتند کاملاً شگفت‌زده شدیم. توانایی Dolutegravir برای عملکرد کاملاً به خطر افتاده است.

آنها همچنین “تناسب” ویروس (ظرفیت آن برای تولید فرزندان عفونی) و فعالیت آنزیم را برای درک بهتر آنچه منجر به مقاومت دارویی در بیماران می شود، ارزیابی کردند.

محققان به طور جداگانه اثربخشی یک داروی آزمایشی HIV، 4d را برای جلوگیری از عملکرد پروتئین های اینتگراز مقاوم به دولوتگراویر آزمایش کردند. 4d توسط همکاران Lyumkis در NIH به عنوان نسل بعدی داروی هدفمند اینتگراز ساخته شد و در حال حاضر در آزمایش بالینی است. در مطالعه‌ای که به تازگی منتشر شده است، و در تمام انواع آن، 4d همچنان به شدت توانایی HIV را برای ادغام ژن‌هایش در سلول‌های انسانی مسدود می‌کند. این نشان می دهد که 4d یا انواع مختلف این ترکیب ممکن است به طور موثر برای درمان ویروس در بیمارانی که مقاومت به دولوتگراویر ایجاد کرده اند استفاده شود.

داده‌های ساختاری در مورد نحوه اتصال 4d به پروتئین‌های اینتگراز مقاوم به دولوتگراویر همچنین نشان می‌دهد که چگونه داروهای جدید می‌توانند بر مقاومت دارویی غلبه کنند. دکتر روبرت کریگی، یکی از نویسندگان ارشد مؤسسه ملی دیابت و بیماری‌های گوارشی و کلیوی (NIDDK) گفت: «4d واقعاً تنها نمونه‌ای از نحوه مبارزه با مقاومت دارویی است، اما برخی از اصول اساسی را در اختیار ما قرار می‌دهد که می‌توانیم از آنها برای طراحی سایر روش‌های درمانی بیاموزیم». روشی که بخشی از مولکول 4d مانند یک ورقه مسطح در بالای یک بخش از مجموعه پروتئین اینتگراز-DNA روی هم قرار می‌گیرد، می‌تواند در ترکیبات دیگر همانندسازی شود. نویسندگان همچنین خاطرنشان کردند: “… انباشتن آدنین روی 4d یک عامل کمک کننده به افزایش قدرت 4d در مقایسه با DTG است و باید در استراتژی های طراحی آینده برای بهینه سازی اتصال INSTI به درون زوم های DRM در نظر گرفته شود … اگرچه انباشته شدن تنها عامل ایجاد قدرت نیست، به نظر می رسد مهم باشد.”

در مرحله بعد، دانشمندان چگونگی تکامل انواع اینتگراز – از جمله آنهایی که هنوز در بیماران دیده نمی شوند اما در آینده امکان پذیر است – و چگونگی تاثیر آنها بر پاسخ به بهترین داروهای بالینی مورد استفاده و همچنین توانایی HIV برای آلوده کردن انسان ها را مطالعه خواهند کرد. آنها همچنین خاطرنشان کردند: “یکی از اهداف ما این است که بفهمیم چرا ترکیبات خاصی مانند 4d بهتر از داروهای تایید شده بالینی در برابر DRM های کلیدی عمل می کنند. تجزیه و تحلیل های چند رشته ای، که شامل ساختار، بیوشیمی، ویروس شناسی و محاسبات است، باید به تشریح اصولی کمک کند که منجر به اثر بخشی برخی ترکیبات می شود، اما نه برخی دیگر.

این سطح از درک گام مهمی در طراحی INSTI های جدید است که قدرت گسترده ای را ارائه می دهد و اصول اساسی اعمال شده در سایر اهداف دارویی را ارائه می دهد. و در اظهار نظر در مورد داده‌های جدید گزارش شده خود، این تیم اظهار داشت: “ساختارها و شبیه‌سازی‌ها با هم چارچوبی برای درک، در سطح اتمی، تغییراتی که در جهش‌های مسیر E138K/G140A/Q148K هنگام محدود شدن DTG مشاهده می‌شوند، فراهم می‌کنند.”