Bispecyficzne przeciwciała mogą niszczyć ukryte rezerwuary zakażenia wirusem HIV • Wiaczesław Kalinin • Wiadomości naukowe o "elementach" • Medycyna, genetyka

Przeciwciała bispecyficzne mogą niszczyć ukryte rezerwuary infekcji HIV.

Ryc. 1. Model ludzkiego wirusa niedoboru odporności. Ciemnozielony kompleksy glikoproteinowe gp120 są pokazane, brązowy – błona lipidowa wirusa. Zdjęcie z questiongene.com

Zwalczanie ludzkiego wirusa upośledzenia odporności (HIV) w dalszym ciągu, a jednocześnie pozostaje nierozwiązanym problemem ludzkość. Nowoczesne metody leczenia wydłużają życie zakażonych osób niemal do długości życia zdrowych ludzi, ale jednocześnie tylko tłumią replikację wirusa, nie pozwalając na całkowite wyleczenie. Niektóre z zainfekowanych komórek HIV nie umierają i stają się ukrytymi (ukrytymi) zbiornikami wirusa. Naukowcy ze Stanów Zjednoczonych opracowali specjalne przeciwciała, które kierują cytotoksycznymi komórkami T do ataku na utajone komórki HIV. Perspektywy na bezpośrednie stosowanie tego podejścia nie jest oczywista, ale wyniki mogą być ważnym krokiem w kierunku rozwoju środków i metod całkowite wyleczenie AIDS.

Według Światowej Organizacji Zdrowia, na koniec 2014 roku od definicji ludzkim wirusem niedoboru odporności w 1981 roku zaraziło się wirusem HIV, ponad 70 milionów ludzi na świecie. Spośród nich ponad 35 milionów zmarło, prawie 37 milionów jest zarażonych.Ze względu na powszechny i ​​stosunkowo szybki wzrost liczby osób zarażonych wirusem HIV przypisano status pandemii (patrz Epidemiologia HIV / AIDS). HIV jest szczególnie rozpowszechniony w południowej Afryce (w niektórych krajach tego regionu, na przykład w Afryce Południowej i Botswanie, zakażonych jest ponad 20% populacji). W Rosji, na początku 2016 roku, zarejestrowano około miliona osób zakażonych wirusem HIV, ale według statystyk tylko około połowa pacjentów wie, że są zarażeni wirusem HIV, więc prawdziwy obraz może okazać się znacznie gorszy.

HIV infekuje komórki układu odpornościowego i przestawia ich funkcje w zależności od ich potrzeb. W rezultacie układ odpornościowy zostaje stłumiony i rozwija się zespół nabytego niedoboru odporności (AIDS). Ciało pacjenta traci zdolność do obrony przed infekcjami i nowotworami. Bez leczenia osoba zarażona wirusem HIV umiera przez 9-11 lat z powodu tak zwanych chorób oportunistycznych, z którymi zwykle udaje się zdrowe ciało.

HIV w środowisku jest niestabilny i jest przenoszony tylko przez krew lub płyny ustrojowe. Zakażenie występuje w uszkodzonej skórze i błonach śluzowych lub podczas zabiegów medycznych.W cyklu reprodukcyjnym wirusa HIV wirusowy RNA ulega przekształceniu w DNA przez wirusową odwrotną transkryptazę i zostaje włączony do genomu komórki (ryc. 2). Jest on następnie transkrybowany do RNA, który kieruje syntezą specyficznych dla wirusa białek, które namnażają wirus i tworzą wirusową cząsteczkę, która następnie odrywa się od komórki.

Ryc. 2 Struktura wirusa HIV. Wirus jest otoczony przez membranę lipidową, w wyniku czego jest nietrwały w środowisku. Białka powierzchniowe wirusa są wbudowane w błonę. Przeciwciała stosowane w omawianych pracach są skierowane przeciwko glikoproteinie powierzchniowej gp120. Zdjęcie z ru.wikipedia.org

Znaczne wysiłki i środki poświęcono opracowaniu szczepionek przeciwko HIV, ale ostateczne zwycięstwo można tylko marzyć. Przyczyną porażki jest niesamowita zdolność wirusa do zmiany jego właściwości immunologicznych, a tym samym uniknięcia działania przeciwciał indukowanych przez szczepionkę.

Jednak w ostatnich latach poczyniono znaczne postępy w utrzymaniu jakości życia pacjentów chorych na AIDS. Zastosowanie wysoce skutecznej terapii skojarzonej skierowanej przeciwko wirusowej odwrotnej transkryptazy i proteazie,pod warunkiem terminowej diagnozy infekcji, może przedłużyć życie zakażonych ludzi do prawie zdrowej oczekiwanej długości życia. Jednak niektóre komórki zakażone wirusem HIV (około jednego na milion) nie umierają i pozostają utajonym rezerwuarem wirusa, w którym DNA wirusa HIV jest zintegrowane z genomem – a jeśli terapia przeciwwirusowa zostanie zatrzymana, można aktywować rezerwuar i choroba zostanie wznowiona. Dlatego terapia musi być kontynuowana przez całe życie zarażonej osoby. Lecz terapia przeciwwirusowa jest bardzo kosztowna i może wiązać się z niepożądanymi działaniami niepożądanymi. Dlatego rozwój metod eliminacji rezerwuarów HIV jest bardzo istotny zarówno z medycznego, jak i ekonomicznego punktu widzenia.

Ostatnio dwa zespoły badaczy, niezależnie od siebie, niemal jednocześnie opublikowały artykuły opisujące oryginalne podejście do eliminacji utajonych komórek HIV. Oba artykuły zostały przygotowane przez zespoły badawcze ze Stanów Zjednoczonych. W omawianych artykułach podjęto próbę rozwiązania tego problemu za pomocą przeciwciał bispecyficznych.

Można rozważyć rozwój bispecyficznych przeciwciałjeden z najważniejszych ostatnich postępów w immunologii i medycynie, szczególnie w leczeniu raka. Takie podejście do leczenia zaczęto badać w połowie lat 80. XX wieku i dość szybko przeprowadzono badania in vitro wykazały, że ma wielki potencjał. W przeciwieństwie do konwencjonalnych przeciwciał naturalnych (ryc. 3), przeciwciała bispecyficzne są sztucznymi konstruktami białkowymi składającymi się z fragmentów dwóch różnych przeciwciał (ryc. 4) i dlatego wiążą się z dwoma różnymi antygenami. Najczęściej są one z powodzeniem stosowane w leczeniu raka. W takich przypadkach są one najczęściej ułożone w taki sposób, że wiążą cytotoksyczne komórki T (zabójcy T) układu odpornościowego (przez ich antygen powierzchniowy CD3) w celu zniszczenia komórek nowotworowych (przez ich antygen powierzchniowy).

Ryc. 3 Schemat przeciwciała. 1 – region zmienny (Fab). 2 – obszar konserwatywny (Fc). 3 – łańcuch ciężki (niebieskia) z domeną zmienną (VH) połączoną z domeną konserwatywną (CH1), następnie z "zawiasem" i dwiema jeszcze bardziej konserwatywnymi domenami (CH2 i CH3). 4 – lekki łańcuch (zielony) z domenami zmiennymi (VL) i konserwatywnymi (CL). 5 – miejsce wiązania antygenu (paratop, patrz paratope). 6 – "zawiasy". Zdjęcie z en.wikipedia.org

Pierwsze bispecyficzne przeciwciała były faktycznie przeciwciałami trójfunkcyjnymi (patrz Trifunkcjonalne przeciwciało), zaprojektowanymi do niszczenia komórek nowotworowych. Składały się z dwóch lekkich i dwóch ciężkich łańcuchów białkowych (ryc. 4). Każda para pochodzi z dwóch różnych przeciwciał. Dwa miejsca wiążące antygen (wiążące antygen fragmentu) rozpoznawały dwa różne antygeny. Region stały Fc (zdolny do krystalizacji fragment immunoglobuliny, fragment regionu zdolnego do krystalizacji) tworzył trzecie miejsce wiążące antygen, z którego pochodzi nazwa "przeciwciała trifunkcyjne".

Ryc. 4 Różne składniki i wzory bispecyficznych przeciwciał. Górny rząd – różne fragmenty (domeny), które są używane do konstruowania przeciwciał bispecyficznych. Dolny rząd – trzy rodzaje bispecyficznych przeciwciał: przeciwciała trifunkcyjne, chemicznie związany Fab i bispecyficzny "mobilizator komórek T". Części różnych przeciwciał są oznaczone niebieski lub zielony kolor. Obraz z wikipedia.org

Ale na drodze naukowców były trudności: nie jest łatwo wytwarzać przeciwciała biswoiste w dużych ilościach, a wszelkiego rodzaju testy wymagały dużo czasu.Ponadto stosowanie takich przeciwciał wiązało się z szeregiem działań niepożądanych, takich jak immunogenność (zdolność indukowania odpowiedzi immunologicznej), uwalnianie substancji toksycznych, a także krótki czas w organizmie.

W celu rozwiązania tych problemów opracowano inne typy bispecyficznych przeciwciał, złożonych z fragmentów przeciwciał – z chemicznie spokrewnionych Fab, ze skróconych domen, które rozpoznają antygeny, z białek hybrydowych, które są połączonymi domenami rozpoznawania różnych przeciwciał (Ryc. 4). Już teraz do praktyki klinicznej wprowadzono kilka leków przeciwnowotworowych opartych na bispecyficznych przeciwciałach, na przykład Catumaxomab (Catumaxomab) i blinatumomab (Blinatumomab), opracowanych na bazie bispecyficznego mobilizatora komórek T BiTE i stosowanego przeciwko ostrej białaczce limfoblastycznej.

Należy zauważyć, że po raz pierwszy, dwuspecyficzne przeciwciała przeciwko komórkom wytwarzającym HIV zostały opracowane 25 lat temu, ale były niedoskonałe i nie były stosowane jako leczenie w leczeniu (patrz J. Berg i wsp., 1991. komórki zakażone ludzkim wirusem niedoboru odporności dowolnego szczepu i A. Traunecker i wsp., 1991. Biswoiste cząsteczki jednołańcuchowe (Janusins) celują w limfocyty cytotoksyczne na komórkach zakażonych HIV). Było to w czasie, gdy skuteczne leki przeciwwirusowe nie zostały jeszcze stworzone, a badacze próbowali różnych sposobów walki z HIV.Autorzy omawianych artykułów poszli dalej: projekty bispecyficznych przeciwciał stały się doskonalsze, a co najważniejsze, były skierowane przeciwko utajonym zbiornikom HIV.

Oba zespoły opisują rozwój i badanie właściwości bispecyficznych przeciwciał, w których fragmenty przeciwciał przeciwko powierzchniowemu antygenowi gp120 HIV są połączone z fragmentami przeciwciał przeciwko powierzchniowym antygenom CD3, najważniejszym składnikiem odporności komórkowej. Obliczenia, podobnie jak w przypadku przeciwciał przeciwnowotworowych, opierają się na fakcie, że taka konstrukcja "pociągnie" do komórek zakażonych HIV, zabójców T, które je zniszczą (ryc. 5 i ryc. 6).

Ryc. 5 Ogólny schemat działania bispecyficznych przeciwciał przeciwko komórkom zakażonym HIV. Przeciwciała wiążą się z antygenem CD3 cytotoksycznych komórek T CD8 + i białkiem powierzchniowym gp120 na błonie zakażonych komórek. Tak więc, przeciwciała bispecyficzne wydają się "ciągnąć" komórki T do komórek zakażonych HIV, przyczyniając się do zniszczenia tych ostatnich. Zdjęcie z popularnego streszczenia do omówionych artykułów.

Chociaż filozofia dwóch badań jest taka sama, konstrukty przeciwciał są nieco inne (dla grupy A. Pegu i in.wydaje się być bardziej doskonały). Faktem jest, że aby kompleks komórek T-komórka rozpoznał ukryte zbiorniki HIV, wymagane jest sprowokowanie ich do wytworzenia białek powierzchniowych wirusa. W pracy grupy J. Sung i in. zostało to osiągnięte przez przetwarzanie komórek in vitro fitohemaglutynina – białko roślinne, inhibitor enzymu deacetylazy histonowej. W pracy A. Pegu i in. ta "prowokacja" nie była obligatoryjna: ich bispecyficzne przeciwciała mogły same indukować wytwarzanie wirusowych białek powierzchniowych w utajonych komórkach HIV. Wykazano, że opracowane systemy skutecznie zabijają in vitro jako hodowane utajone komórki HIV i zainfekowane komórki uzyskane od pacjentów.

Ryc. 6 A, B schemat struktury sztucznie zaprojektowanych bispecyficznych przeciwciał przeciwko antygenowi CD3 cytotoksycznych komórek T i antygenowi powierzchniowemu HIV; domena zmienna łańcucha ciężkiego białka (VH) jest połączona z domeną zmienną łańcucha lekkiego (VL). C – schemat ataku komórek zakażonych wirusem HIV. Obraz z omawianego artykułu J. Sung i in.

Autorzy obu artykułów uważają, że stworzone przez nie bispecyficzne przeciwciała mogą potencjalnie stać się skutecznym środkiem immunoterapeutycznym do eksterminacji utajonych zbiorników HIV.Zarówno środowisko naukowe, jak i społeczeństwo jako całość powinny przyjąć i wspierać badania mające na celu całkowite wyleczenie z HIV. Ale w tym przypadku perspektywy klinicznego zastosowania opisanego podejścia nie są jeszcze całkowicie oczywiste, potrzebne są dodatkowe szczegółowe badania. Opisane badania zostały przeprowadzone in vitroi nie wiadomo, w jakim stopniu osiągnięte efekty będą miały miejsce w ciele. Wiadomo, że immunoterapia za pomocą obcych przeciwciał indukuje odpowiedź immunologiczną w organizmie przeciw tym przeciwciałom. I taki efekt uboczny był rzeczywiście obserwowany przez grupę A. Pegu i in. w eksperymentach na małpach.

Czynnik, który indukowałby produkcję antygenów HIV w komórkach latentnie zakażonych bez uszkadzania zdrowych komórek, nie jest jeszcze znany. Ponadto ukryte rezerwuary HIV mogą być zlokalizowane, na przykład, w ośrodkowym układzie nerwowym, gdzie penetracja cząsteczek białka jest trudna z powodu obecności bariery krew-mózg. Ogólnie rzecz biorąc, zastosowanie uzyskanych wyników jest nadal bardzo odległe i potrzebne są znacznie dalsze badania. Niemniej jednak omawiane prace stanowią ważny krok w kierunku opracowania narzędzi i metod pozwalających całkowicie pozbyć się wirusa HIV.

Źródła:
1) Julia A. M. Sung i in.Komórki przeciw zakażeniu HIV z udziałem komórek, białka o ukierunkowanym ponownym ukierunkowaniu Journal of Clinical Investigations. 2015. V. 125. P. 4077-4090.
2) Amarendra Pegu i in. Aktywacja i liza ludzkich komórek CD4 latentnie zakażonych HIV-1 // Komunikacja przyrody. 2015. V. 6. Numer artykułu: 8447.
3) Douglas D. Richman. HIV: Cure zabijając Natura. 2015. V. 528. P. 198-199. (Popularne streszczenie artykułów dyskusyjnych.)

Wiaczesław Kalinin


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: