Ερευνητές του Harvard Medical School αποκάλυψαν κρίσιμες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο δράσης μιας αναδυόμενης κατηγορίας αντιιικών φαρμάκων. Η ανακάλυψη ρίχνει φως σε ένα σημαντικό εργαλείο για την αντιμετώπιση ανθεκτικών στα φάρμακα στελεχών του ιού του απλού έρπητα (HSV) και δείχνει νέες θεραπευτικές κατευθύνσεις όχι μόνο για τους ερπητοϊούς, αλλά και για άλλους ιούς DNA, δηλαδή ιούς που έχουν DNA ως γενετικό υλικό και μπορούν να πολλαπλασιάζονται μέσα στα κύτταρα του οργανισμού.

Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Cell στις 29 Δεκεμβρίου.

Ως γιατρός λοιμωξιολόγος στο Brigham and Women’s Hospital, ο εκ των επικεφαλής συγγραφέων της μελέτης Jonathan Abraham έχει δει πολλούς ασθενείς με εξασθενημένο ανοσοποιητικό σύστημα να εμφανίζουν επικίνδυνες λοιμώξεις από HSV που δεν ανταποκρίνονται στα φάρμακα. Αυτή η ανθεκτικότητα μπορεί να αναπτυχθεί όταν ο ιός αντιμετωπίζεται επανειλημμένα με τον ίδιο τύπο αντιιικού.

Ο Abraham είναι επίσης αναπληρωτής καθηγητής μικροβιολογίας στο Harvard Medical School και μελετά πώς οι φυσικές δομές των ιών επηρεάζουν τις λοιμώξεις, τις νόσους και τις ανοσολογικές αποκρίσεις, γεγονός που τον καθιστά ιδανικά τοποθετημένο να ερευνήσει και να βρει λύσεις σε αυτό το πρόβλημα.

«Ως κλινικός γιατρός, είναι απογοητευτικό όταν η ιατρική μπορεί να θεραπεύσει έναν ασθενή από καρκίνο, αλλά ο ασθενής χρειάζεται ανοσοκαταστολή που τον αφήνει ευάλωτο σε έναν ιό ο οποίος δεν ανταποκρίνεται στα καλύτερα φάρμακα που διαθέτουμε», ανέφερε ο Abraham. «Ως ερευνητής, αυτό με ωθεί να μάθω όσο το δυνατόν περισσότερα για το πώς λειτουργεί ο ιός, ώστε να συνεχίσουμε να βρίσκουμε καλύτερες επιλογές για ανθρώπους που νοσούν από ανθεκτικά στελέχη ιών».

Μέλη μιας νέας κατηγορίας αντιιικών φαρμάκων δοκιμάζονται αυτή την περίοδο σε κλινικές δοκιμές στις ΗΠΑ, ενώ ένα από αυτά έχει ήδη εγκριθεί στην Ιαπωνία, ωστόσο ο τρόπος με τον οποίο δρουν αυτά τα νέα φάρμακα παραμένει σε μεγάλο βαθμό άγνωστος. Ο Abraham και οι συνεργάτες του επιδίωξαν να αποκαλύψουν ορισμένα από αυτά τα «μυστικά».

Σε συνεργασία με τον έτερο επικεφαλής συγγραφέα Joseph Loparo, καθηγητή βιολογικής χημείας και μοριακής φαρμακολογίας στο Harvard Medical School, αξιοποίησαν σύγχρονες τεχνικές δομικής βιολογίας και απεικόνισης για να μελετήσουν τι ακριβώς συμβαίνει όταν τα νέα φάρμακα προσδένονται και απενεργοποιούν ένα κρίσιμο ένζυμο του κύκλου ζωής του HSV.

Το εργαστήριο του Abraham επικεντρώθηκε στη λεπτομερή χαρτογράφηση της δομής και του τρόπου με τον οποίο τα φάρμακα «κλειδώνουν» πάνω στην ιική πρωτεΐνη, ενώ το εργαστήριο του Loparo κατέγραψε σε πραγματικό χρόνο πώς αυτή η δέσμευση μπλοκάρει τη λειτουργία της.

«Ένα από τα μεγάλα πλεονεκτήματα της μελέτης είναι ο συνδυασμός εικόνων εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης των ιικών πρωτεϊνών με απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο της δράσης τους», ανέφερε ο Loparo.

Ο ιός του απλού έρπητα, ένας επίμονος και επικίνδυνος αντίπαλος

Οι ερπητοϊοί προκαλούν λοιμώξεις όπως η ανεμοβλογιά, ο έρπητας ζωστήρας και η λοιμώδης μονοπυρήνωση, έχουν συνδεθεί με καρκίνους, αυτοάνοσα και άλλα νοσήματα και παραμένουν στον οργανισμό σε λανθάνουσα μορφή εφ’ όρου ζωής. Ο HSV-1 είναι ευρέως γνωστός για τον επιχείλιο έρπητα, ωστόσο μπορεί να προκαλέσει σοβαρές εγκεφαλικές λοιμώξεις ακόμη και σε υγιείς ενήλικες, καθώς και βαριά νόσο σε ανοσοκατεσταλμένα άτομα.

Τα αντιιικά φάρμακα που έχουν εγκριθεί μέχρι σήμερα στοχεύουν κυρίως τη DNA πολυμεράση του ιού, δηλαδή την πρωτεΐνη που αντιγράφει το ιικό γονιδίωμα. Ωστόσο, με την πάροδο του χρόνου έχουν εμφανιστεί στελέχη ανθεκτικά σε αυτές τις θεραπείες.

Εναλλακτικές λύσεις βρίσκονται ήδη σε εξέλιξη, με κυριότερη μια κατηγορία φαρμάκων γνωστή ως αναστολείς ελικάσης πριμάσης (HPIs). Τα φάρμακα αυτά στοχεύουν ένα ένζυμο απαραίτητο για την αντιγραφή του ιού, όπως και η πολυμεράση.

Η ιική ελικάση ξετυλίγει το DNA του ιού, διαχωρίζοντας τα δύο νήματα, ώστε να αποκαλυφθεί η γενετική πληροφορία. Η πριμάση ενεργοποιεί τη δημιουργία ενός μικρού μορίου RNA, το οποίο λειτουργεί ως «σημείο εκκίνησης» για τη σύνθεση του νέου DNA, παρόμοια με το εξάρτημα που επιτρέπει σε ένα φερμουάρ να κουμπώσει.

Οι HPIs παρεμβαίνουν σε αυτή τη διαδικασία και σταματούν την αντιγραφή του ιού.

Εικόνες υψηλής ανάλυσης

Μέχρι σήμερα, οι δομές ενζύμων όπως η ελικάση πριμάση του HSV δεν είχαν απεικονιστεί, κυρίως επειδή πρόκειται για μόρια που αλλάζουν συνεχώς σχήμα. Η ύπαρξη αποτελεσματικών αναστολέων επέτρεψε στους επιστήμονες να «ακινητοποιήσουν» τα ένζυμα και να τα μελετήσουν.

Η ομάδα χρησιμοποίησε κρυογενική ηλεκτρονική μικροσκοπία για να απεικονίσει με σχεδόν ατομική ακρίβεια την ελικάση πριμάση του HSV-1 όταν δεσμεύεται από αναστολείς, αλλά και την αλληλεπίδρασή της με την πολυμεράση κατά την αντιγραφή του DNA.

Οι εικόνες cryo-EM δείχνουν με ακρίβεια πού και πώς τα φάρμακα μπλοκάρουν το ένζυμο. Για να κατανοήσουν όμως πώς λειτουργεί αυτή η παρεμπόδιση σε πραγματικό χρόνο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν οπτικές λαβίδες.

Με τη βοήθεια λέιζερ, κατάφεραν να παρατηρήσουν μεμονωμένα μόρια της ελικάσης να ξετυλίγουν το DNA και να δουν τη στιγμή που ο αναστολέας σταματά τη διαδικασία.

«Τα σύγχρονα εργαλεία απεικόνισης μάς επιτρέπουν να βλέπουμε τις διεργασίες της ζωής σε επίπεδο μεμονωμένων μορίων», ανέφερε ο Loparo. «Σε αυτή τη μελέτη είδαμε, σε πραγματικό χρόνο, πώς ο αναστολέας μπλοκάρει τον “κινητήρα” της ελικάσης».

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι αυτά τα ευρήματα μπορούν να επιταχύνουν την ανάπτυξη νέων αντιιικών φαρμάκων και να οδηγήσουν σε πιο αποτελεσματικές θεραπείες για ανθρώπους με ανθεκτικές ιογενείς λοιμώξεις στο άμεσο μέλλον.