O cercetare dezvăluie o hartă genetică a interacțiunii virusului HIV cu celulele umane
Virusul imunodeficienței umane (HIV), responsabil pentru SIDA, este un maestru al decepției, folosind doar nouă gene pentru a prelua complexa mașinărie celulară a organismului uman.
Deși au trecut zeci de ani de cercetări asupra modului în care virusul se replică și persistă, oamenii de știință nu au descoperit încă cu exactitate care gene umane influențează infecția cu HIV.
Recent, cercetătorii de la Gladstone Institutes și UC San Francisco (UCSF) au deschis o nouă cale spre înțelegerea HIV prin crearea primei hărți genetice cuprinzătoare a interacțiunii virusului cu celulele umane reale. Un studiu publicat în revista Cell a identificat o multitudine de proteine umane care fie ajută virusul să supraviețuiască, fie acționează pentru a-l opri.
„HIV a fost o criză globală timp de peste 40 de ani”, afirmă Alex Marson, MD, PhD, director al Gladstone-UCSF Institute of Genomic Immunology, care a condus studiul. „Studând celulele T umane, care sunt ținta principală a virusului, am reușit în sfârșit să cartografiem genele – multe dintre ele fiind anterior necunoscute – care influențează dacă acestea pot fi infectate de HIV.”
Marson a fost medic specializat în boli infecțioase și a lucrat într-o clinică HIV din San Francisco. Pentru acest studiu, a colaborat strâns cu Nevan Krogan, PhD, director al HIV Accessory and Regulatory Complexes (HARC) Center, un program multidisciplinar care își propune să înțeleagă mai bine interacțiunile dintre HIV și celulele umane.
„Aceasta a fost prima încercare la nivel genomic de a arăta cum genele umane afectează infecția cu HIV în celule prelevate direct din probele de sânge uman”, spune Krogan, investigator senior la Gladstone și director al Quantitative Biosciences Institute de la UCSF. „Descoperirile noastre ar putea duce, în cele din urmă, la noi tratamente care să ajute sistemul imunitar al organismului să reziste virusului.”
În mod tradițional, majoritatea cercetărilor legate de HIV au fost realizate în așa-numitele linii celulare „imortalizate” – practic, celule canceroase care sunt ușor de studiat în laborator. Dar, deoarece aceste celule nu provin direct de la donatori umani, ele nu sunt la fel de relevante pentru ceea ce se întâmplă efectiv în corpul uman.
Din acest motiv, oamenii de știință au avut o imagine incompletă a modului în care celulele răspund la atacul HIV.
O echipă de cercetători din laboratorul lui Marson, inclusiv Ujjwal Rathore, PhD, a lucrat timp de un deceniu pentru a depăși această limitare. Aceștia au folosit puterea editării genetice CRISPR în celulele T umane pentru a studia fiecare gen din genom și a identifica care sunt esențiale pentru HIV.
„O provocare în utilizarea celulelor T umane reale pentru cercetare este că sunt foarte dificil de infectat cu HIV; dintr-un întreg recipient de celule, de obicei doar unu sau două procente s-ar infecta”, explică Rathore, care este atât autor principal, cât și autor corespunzător al studiului. „Am petrecut ani întregi pentru a optimiza infecția HIV în aceste celule și acum putem infecta până la 70% dintre ele cu virusul.”
Odată ce acest lucru a fost realizat, cercetătorii au găsit o modalitate de a testa toate cele 20.000 de gene umane simultan pentru a determina care dintre ele sunt preluate de virus și care acționează împotriva acestuia.
Au folosit editarea genetică CRISPR într-o strategie în două părți: mai întâi, au perturbat fiecare gen uman pentru a identifica pe cele de care HIV are nevoie pentru a supraviețui. Apoi, au crescut separat activitatea fiecărei gene pentru a produce în exces proteine, ceea ce le-a permis să identifice proteinele capabile să apere organismul de virus.
„Suprastimularea genelor ne-a oferit o bogăție de informații”, afirmă Eli Dugan, un om de știință din laboratorul lui Marson și autor principal al studiului. „Am descoperit proteine antivirale naturale care erau anterior invizibile, deoarece virusul le putea reduce eficiența. Prin creșterea nivelurilor acestor gene în celulele T, am putut în sfârșit să le vedem învingând HIV.”
În urma acestor eforturi, oamenii de știință au identificat sute de proteine care joacă un rol în stimularea sau reprimarea infecției cu HIV în celulele T umane.
Apoi, au aprofundat înțelegerea modului în care aceste proteine funcționează. Două dintre ele s-au evidențiat prin proprietățile lor antivirale puternice. Cunoscută sub denumirea de „PI16” și „PPID”, aceste proteine nu au fost niciodată legate anterior de infecția cu HIV.
Echipa a descoperit că nivelurile crescute de PI16 pot bloca HIV de la fuzionarea cu celulele T, ceea ce ar putea opri infecția înainte de a începe. PPID, pe de altă parte, acționează asupra virusului după ce acesta intră în celulă, limitând capacitatea HIV de a ajunge la nucleu și de a începe să-și facă copii.
„Am găsit modalități de a modifica PPID în laborator și de a-l face de zece ori mai eficient în oprirea HIV”, spune Dugan.
Echipa a contactat-o pe Jay Levy, MD, profesor emerit la UCSF, care a ajutat la identificarea virusului HIV în 1983. Acesta a împărtășit mostre rare ale virusului izolat de la pacienți în primele etape ale crizei SIDA.
„Am descoperit că nivelurile crescute de PPID sau PI16 ar putea reduce infecția cu HIV în aceste celule T umane, demonstrând că noile proteine ar putea opri chiar și cele mai agresive tulpini naturale de HIV”, afirmă Rathore.
În timp ce HIV este acum, în general, gestionabil prin terapia antiretrovirală, virusul revine cu forță dacă tratamentul este oprit. Acest lucru se datorează faptului că, chiar și atunci când HIV este nedetectabil la persoanele aflate în tratament, virusul nu dispare niciodată complet; se ascunde în zone din întregul corp.
Metodele avansate de screening ale echipei în celulele T umane ar putea oferi noi date pentru a aborda această problemă critică, dar puțin înțeleasă.
„Nu am avut un model bun pentru a identifica jucătorii importanți în latența HIV”, afirmă Rathore. „Acum, avem platforma pentru a pune cele mai mari întrebări din domeniu și, sperăm, să învățăm cum să eliminăm HIV-ul ascuns pe care medicamentele actuale nu pot atinge.”
Studiul nou oferă, de asemenea, oamenilor de știință o resursă puternică pentru a studia boala, deschizând vaste posibilități de cercetare.
„Acest studiu oferă o nouă viziune asupra modului în care genele umane modelează infecția cu HIV”, afirmă Marson. „Sperăm ca acesta să fie o resursă fundamentală pentru comunitatea de cercetare HIV și, de asemenea, să servească drept prototip pentru înțelegerea bolilor infecțioase în alte tipuri de celule umane.”
