Imaging-Studie über die wichtigsten viralen Struktur zeigt, wie die HIV-Medikamente wirken auf der atomaren Ebene

Salk-Wissenschaftler haben entdeckt, wie eine mächtige Klasse von HIV-Medikamenten an ein Kernstück der HIV-Maschinen. Durch die Lösung, für die erste Zeit, die drei-dimensionalen Strukturen des Komplexes, während die verschiedenen Drogen angebracht waren, zeigten die Forscher, was macht die Therapie so wirkungsvoll. Die Arbeit, erschienen in Science Januar 30, 2020, bietet Einblicke, die helfen könnte, Gestaltung und Verbesserung neuer Therapien für HIV.

„Die Drogen, die wir untersuchten, werden die aktuellen verbindungen in der Klinik heute, sowie mehrere wichtige vorklinische Moleküle. Bis jetzt wusste man nicht genau, wie Sie an diese HIV-Komplex“, sagt die Studie leitende Autor Dmitry Lyumkis, ein Assistenzprofessor am Salk Labor der Genetik. „Ein besseres Verständnis, wie die Medikamente wirken, wird uns helfen, uns zu verbessern und neue therapeutische verbindungen.“

Die intasome ist eine entscheidende Struktur des virus, die es ermöglicht, die Infektion, die aus der HIV-protein integrase und Stränge der viralen DNA, die die form, wenn der virus in die menschlichen Zellen. Die intasome bewegt sich in jeder menschlichen Zelle und führt dann die chemischen Reaktionen notwendig, um die Integration der virus genetisches material in die menschliche DNA.

Einige Medikamente, die sogenannten integrase-strand-transfer-Hemmer (INSTIs), haben es geschafft, zu blockieren, die intasome; HIV nicht infizieren menschlichen Zellen, wenn der Komplex nicht integriert die virale DNA in das menschliche Genom. Derzeit gibt es vier INSTIs genehmigt von der US Food and Drug Administration, wie auch die anderen in der Entwicklung.

Trotz des Erfolgs dieser Moleküle, Forscher haben gekämpft, um zu untersuchen, wie Sie hemmen die HIV-intasome, hauptsächlich wegen der Schwierigkeiten bei der Isolierung intasomes für strukturelle Studien. In der Vergangenheit, die meisten der Forschung auf dem intasome und INSTIs durchgeführt wurde, auf einem anderen retrovirus genannt Prototyp foamyvirus, oder PFV. Im Jahr 2017, Lyumkis und seine Kollegen waren die ersten, um zu bestimmen, die Struktur der gereinigten HIV intasomes.

In der neuen Arbeit, Lyumkis‘ team ging einen Schritt weiter: Sie erhalten die Struktur des HIV intasomes, während Sie aktiv blockiert, indem Sie eine von vier INSTIs—die kommerziell verfügbaren drug bictegravir oder drei experimentellen verbindungen, bekannt als 4f, 4d und 4c. Das team geneigt single-particle cryo-Elektronenmikroskopie (cryo-EM), ein bildgebendes Verfahren, Sie haben geholfen, zu optimieren, zu enthüllen, die die Struktur von jeder intasome-Wirkstoff-Komplex.

Die erste Beobachtung, dass Lyumkis gemacht wurde, wie unterschiedlich die Medikamente angebracht, um die HIV-intasome als das, was man gesehen habe, mit der PFV intasome. Die Verbindung, bekannt als 4f, zum Beispiel, loops rückwärts auf sich selbst als es bindet an den PFV intasome bleibt aber relativ flach, wie es misst, um die HIV-version, die die komplexen details, die helfen können die Forscher die Verbesserung der Bindungseigenschaften von potentiellen zukünftigen Moleküle.

„An diesem Tag, jeder ist immer noch mit dem PFV intasome Struktur zu rationalisieren und zu verstehen, den Wirkmechanismus dieser Medikamente“, sagt Dario Passos, die in der Studie co-erste Autor und ein leitender Wissenschaftler in Lyumkis‘ Labor. „Aber wir haben gezeigt, dass das Feld wirklich bewegen muss, und die Studie der HIV-Struktur, wenn wir wollen, um weitere Fortschritte zu machen.“

„Wir und viele andere gearbeitet haben, in Richtung auf dieses Ziel für mehrere Jahrzehnte und es ist spannend, dass endlich jetzt können wir verstehen, wie die HIV-Inhibitoren, die im detail arbeiten und Hilfe die Entwicklung von neuen Drogen.“, sagt Min Li, co-erste Autor und ein leitender Wissenschaftler am National Institute of Diabetes and Digestive und Nierenerkrankungen.

Die Strukturen zeigten auch, warum die Medikamente sind so stark und was macht Sie so gut bei der Vermeidung von Resistenzen. Die INSTIs, Lyumkis und seine Kollegen fanden heraus, füllen den gesamten Raum, der normalerweise besetzt von DNA. Das bedeutet, dass, wenn die HIV-intasome entwickelt sich eine mutation, die Blöcke der INSTI Drogen aus der Bindung, es blockiert auch die DNA von anbringen, die das komplexe nutzlos für die Invasion der menschlichen Zellen.

Schließlich, durch die extrem hohe Auflösung der Struktur, die durch die Salk-Forscher können Sie sehen, details, wie die Drogen, die chemisch in Wechselwirkung mit dieser bindungstasche, und wie INSTIs verdrängt Wasser-Moleküle so zu tun, das gab dem team noch mehr Informationen über was macht INSTIs so erfolgreich in der Klinik.

„In den bisherigen Strukturen, die wir gelernt, über intasome Biologie“, sagt Lyumkis. „Aber hier haben wir wirklich begonnen, zu gewinnen Einblick in die therapeutische Winkel, wie Drogen, können Gegner diese wichtigen viralen Assemblys.“