Ученые из Northwestern Medicine использовали новые достижения в технологии редактирования генов CRISPR для выявления новых биологических особенностей, которые могут привести к новым терапевтическим стратегиям лечения ВИЧ-инфекции.
Эпидемия ВИЧ оставалась вне поля зрения во время пандемии COVID-19, однако она представляет собой критическую и постоянную угрозу для здоровья человека: только за последний год число новых случаев инфицирования оценивается в 1,5 миллиона.
Разработчики лекарственных препаратов и исследовательские группы занимаются поиском новых методов лечения ВИЧ уже более 40 лет, но их ограничивает понимание того, как вирус закрепляется в организме человека. Как этот маленький, неприметный вирус, имеющий всего 12 белков - и геном, составляющий лишь треть от размера SARS-CoV-2, - захватывает клетки организма, реплицируется и распространяется?
В новом исследовании, опубликованном 1 апреля в журнале Nature Communications, ученые использовали новый метод редактирования генов CRISPR для выявления генов человека, важных для ВИЧ-инфекции, и обнаружили 86 генов, которые могут играть роль в том, как ВИЧ реплицируется, включая более 40 генов, которые никогда не рассматривались в контексте ВИЧ-инфекции.
"Существующие лекарственные препараты являются одним из важнейших инструментов борьбы с эпидемией ВИЧ-инфекции и обладают потрясающей эффективностью в подавлении репликации и распространения вируса", - говорит Джадд Хультквист, соавтор исследования. "Но эти методы лечения не являются исцеляющими, поэтому люди, живущие с ВИЧ, должны следовать строгому режиму лечения, который требует постоянного доступа к хорошему недорогому медицинскому обслуживанию - это просто не тот мир, в котором мы живем".
До сих пор лабораторные исследования проводились на клеточных культурах (например, клетках HeLa) в качестве моделей для изучения процесса репликации ВИЧ. Хотя этими клетками легко манипулировать, они являются несовершенными моделями клеток человека. Кроме того, в большинстве подобных исследований используется технология, позволяющая снизить экспрессию определенных генов, но не выключать их полностью, как в случае с CRISPR, что означает, что ученые не всегда могут четко определить, участвовал ли тот или иной ген в содействии или подавлении вирусной репликации.
"В системе CRISPR нет промежуточного звена - ген либо включен, либо выключен", - говорит Хультквист. "Эта возможность включать и выключать гены в клетках, выделенных непосредственно из крови человека, меняет ход игры - этот новый анализ наиболее точно отображает то, что происходит в организме во время ВИЧ-инфекции, что мы можем легко изучить в лаборатории".
Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) использует молекулярные механизмы хозяина для репликации. Систематические попытки генетически или биохимически определить эти механизмы хозяина привели к появлению сотен кандидатов, но лишь немногие из них были функционально подтверждены. "В данном исследовании мы выбрали 426 генов, которые ранее были вовлечены в жизненный цикл ВИЧ путем изучения белковых взаимодействий, для CRISPR-Cas9-опосредованного нокаута в первичных человеческих CD4+ Т-клетках, чтобы систематически оценить их функциональную роль в репликации ВИЧ. Мы добились эффективного нокаута в 364 целевых генах и идентифицировали 86 факторов-кандидатов, которые влияют на ВИЧ-инфекцию. 47 из этих факторов подтверждены путем мультиплексного редактирования генов у независимых доноров, включая 23 фактора с рестриктивной активностью", - рассказывает Хультквист.
Эффективность редактирования генов и фенотипы ВИЧ-1 были высоко согласованы между независимыми донорами. Важно отметить, что более половины этих факторов ранее не были описаны как играющие функциональную роль в репликации ВИЧ, что открывает множество новых возможностей для понимания биологии ВИЧ. Эти данные также свидетельствуют о том, что базы данных белково-белковых взаимодействий хозяин-патоген представляют собой богатый источник кандидатов для обнаружения функциональных факторов хозяина и позволяют лучше понять механику репликации ВИЧ в первичных Т-клетках.
Авторы заинтересованы в дальнейшем развитии этой технологии для проведения скрининга в масштабах всего генома, когда они будут независимо отключать или включать каждый ген в геноме человека, чтобы выявить все потенциальные факторы носительства ВИЧ. Эти данные станут важнейшим звеном в головоломке, что еще больше приблизит их к разработке терапевтических стратегий.
