Για τη θεραπεία των λοιμώξεων από τον ιό Έμπολα, οι ερευνητές εξετάζουν προσεκτικά ένα βασικό κομμάτι του ιού: την πολυμεράση. Η πολυμεράση είναι μια ιική πρωτεΐνη που κατευθύνει τον τρόπο με τον οποίο ο ιός Έμπολα αναπαράγει το γονιδίωμά του καθώς μολύνει νέους ξενιστές. Τα φάρμακα που στοχεύουν την πολυμεράση θα μπορούσαν ενδεχομένως να θεραπεύσουν τις λοιμώξεις από τον ιό Έμπολα και να σώσουν ζωές. Τώρα οι επιστήμονες του Ινστιτούτου Ανοσολογίας La Jolla (LJI) και του Scripps Research βρήκαν μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την αναστολή της πολυμεράσης του ιού Έμπολα. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η πολυμεράση του ιού Έμπολα πειράζει μια κυτταρική πρωτεΐνη που ονομάζεται GSPT1. Η έρευνά τους αποκαλύπτει ότι ένα πειραματικό φάρμακο που στοχεύει το GSPT1 για αποικοδόμηση μπορεί επίσης να σταματήσει τη μόλυνση από τον ιό Έμπολα στα ανθρώπινα κύτταρα.
“Για να στοχεύσουμε τον ιό, πρέπει να γνωρίζουμε ποια εργαλεία χρησιμοποιεί”, λέει η Πρόεδρος και Διευθύνουσα Σύμβουλος της LJI, Erica Ollmann Saphire, Ph.D., η οποία συνοδήγησε τη μελέτη Cell Reports με τον καθηγητή Scripps Research Juan Carlos De La Torre, Ph. D., και ο καθηγητής του Ιατρικού Κλάδου του Πανεπιστημίου του Τέξας (UTMB) Alexander Bukreyev, Ph.D. Πολλοί ιοί κωδικοποιούν τη δική τους πολυμεράση. Στην πραγματικότητα, οι αντιικές θεραπείες που έχουν σχεδιαστεί για τη θεραπεία ιών όπως η ηπατίτιδα C (Sofosbuvir/SOVALDI→) δρουν αναστέλλοντας την ιική πολυμεράση. Αλλά η στόχευση της πολυμεράσης του ιού Έμπολα έχει αποδειχθεί δύσκολη. Το 2018, οι ερευνητές δοκίμασαν ένα ευρέως φάσματος υποψήφιο αντιικό που ονομάζεται remdesivir/VEKLURY→, το οποίο δρα ως νουκλεοτιδικό δόλωμα για να ενσωματωθεί στο γονιδίωμα του ιικού RNA και να σταματήσει την ιική πολυμεράση.
Δυστυχώς, σε μια κλινική δοκιμή Φάσης 3, η θεραπεία με ρεμντεσιβίρη δεν έκανε διαφορά στη θνησιμότητα για ασθενείς με νόσο του ιού Έμπολα. Η κύρια πρόκληση για την ανάπτυξη φαρμάκων απευθείας κατά της πολυμεράσης του ιού Έμπολα είναι ότι οι επιστήμονες δεν έχουν λύσει την ατομική του δομή. Χωρίς αυτές τις πληροφορίες, οι ερευνητές δεν μπορούν να προχωρήσουν με σχεδιασμό φαρμάκων που βασίζεται στη δομή. Για τη νέα μελέτη, η Fang και οι συνεργάτες της δοκίμασαν μια νέα στρατηγική. Αντί να στοχεύσουν απευθείας την πολυμεράση Έμπολα, οι ερευνητές στόχευσαν να στοχεύσουν κυτταρικές πρωτεΐνες που είναι κρίσιμες για τη λειτουργία της ιικής πολυμεράσης. “Προσπαθούσαμε να εντοπίσουμε τον πληθυσμό των κυτταρικών πρωτεϊνών που αλληλεπιδρούν με αυτόν τον βασικό μηχανισμό που κωδικοποιείται από τον ιό”, λέει η Fang.
Αλίευση πολυμεράσης στην πράξη
Η ομάδα διαπίστωσε ότι η πολυμεράση πετυχαίνει δεσμεύοντας το χρόνο της στα κύτταρα ξενιστές. Στην αρχή της μόλυνσης, φαίνεται ότι οι κυτταρικές πρωτεΐνες του ξενιστή βρίσκονται σε κατάσταση άμυνας έναντι της πολυμεράσης του ιού Έμπολα και του ιικού γενετικού υλικού. “Αυτό παρουσιάζει πρόσθετα εμπόδια για την πολυμεράση”, λέει η Fang. “Η πολυμεράση πλοηγείται σε αυτό το εχθρικό πολύπλοκο ενδοκυτταρικό περιβάλλον ενώ εστιάζει στο πρωταρχικό της καθήκον: να δημιουργεί άφθονα αντίγραφα ιικών γονιδιωμάτων και mRNAs”. Η ομάδα βρήκε δύο κυτταρικές πρωτεΐνες, που ονομάζονται GSPT1 και UPF1, που αλληλεπιδρούν με την πολυμεράση του ιού Έμπολα και περιορίζουν τον ιό Έμπολα νωρίς στη μόλυνση. Το ανοσοποιητικό σύστημα αντεπιτίθεται.
Αλλά μετά έρχεται η ανατροπή της πλοκής. Αργότερα στη μόλυνση, η πολυμεράση του ιού Έμπολα κερδίζει έδαφος στα κύτταρα παρασύροντας ένα υποσύνολο κυτταρικών πρωτεϊνών από την αντιική αμυντική γραμμή του ξενιστή για να προωθήσει την αναπαραγωγή του ιού. “Προς έκπληξή μας, ο ιός Έμπολα μπορεί να ανατρέψει τον περιορισμό του ξενιστή που επιβάλλεται από το GSPT1 και το UPF1”, λέει η Fang. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η πολυμεράση του ιού Έμπολα αξιοποιεί την πρωτεΐνη ξενιστή GSPT1 για να ρυθμίζει θετικά τη μεταγραφή του ιού – μια διαδικασία που χρησιμοποιεί ο ιός για να μετατρέψει το γενετικό του υλικό σε οδηγίες για την παραγωγή ιικών πρωτεϊνών. “Μπορείτε να φανταστείτε το GSPT1 να λειτουργεί ως σήμα διακοπής για να ενημερώνει τη στάση της πολυμεράσης με ακρίβεια σε κάθε διασταύρωση. Χωρίς το σήμα διακοπής, η μεταγραφή του ιού δεν ακολουθεί πλέον τη σωστή σειρά, κάτι που έχει αρνητικό αντίκτυπο στην παραγωγή ιικής πρωτεΐνης”, λέει η Fang.
Αυτές οι ιδέες έγιναν δυνατές χάρη σε ένα ένζυμο, που ονομάζεται split-TurboID, το οποίο είναι μια λιγάση βιοτίνης που κατασκευάστηκε από το εργαστήριο της καθηγήτριας του Πανεπιστημίου Στάνφορντ Alice Ting, Ph.D. Αυτό το ειδικό ένζυμο, αφού συγχωνευτεί με την πολυμεράση του ιού Έμπολα, επιτρέπει στην πολυμεράση να προσθέσει μια μοριακή ετικέτα σε οποιαδήποτε άλλη πρωτεΐνη με την οποία αλληλεπιδρά. Ψάχνοντας πρωτεΐνες που περιέχουν αυτή τη μοναδική ετικέτα, οι ερευνητές θα μπορούσαν να χαρτογραφήσουν τη σύνθετη σειρά αλληλεπιδράσεων πολυμεράσης-πρωτεΐνης ξενιστή του ιού Έμπολα.
Μια νέα οδός για την παρέμβαση στη μόλυνση από τον ιό Έμπολα
Οι ερευνητές ήθελαν να δουν εάν θα μπορούσαν να στοχεύσουν το GSPT1 για την καταστολή της μόλυνσης από τον Έμπολα. Για να το δοκιμάσει αυτό, η ομάδα LJI συνεργάστηκε με τον μακροχρόνιο συνεργάτη τους, την ερευνητική ομάδα UTMB με επικεφαλής τον καθηγητή Alexander Bukreyev, Ph.D., ο οποίος μπορούσε να πραγματοποιήσει πειράματα με ζωντανό ιό Έμπολα σε μια ερευνητική εγκατάσταση υψηλού περιορισμού. Το μικρό μόριο CC-90009, που αρχικά αναπτύχθηκε ως υποψήφιο φάρμακο για τη θεραπεία ασθενών με οξεία μυελογενή λευχαιμία, στοχεύει το GSPT1 για αποικοδόμηση. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η θεραπεία κυττάρων που έχουν μολυνθεί από τον ιό Έμπολα με CC-90009 παρεμβαίνει στη δραστηριότητα του ιού και αναστέλλει τον πολλαπλασιασμό του ιού Έμπολα.