Сучасна стратегія боротьби із ВІЛ: LASER ART та CRISPR/Cas9

0 64

Резюме. Наведено огляд щодо перспективних стратегій застосування технологій редагування геному для деактивації генів вірусу імунодефіциту людини

За останні тридцять шість років було досягнуто значного прогресу в розумінні патобіології вірусу імунодефіциту людини 1-го типу (ВІЛ-1). Незаперечним є той факт, що поліпшення якості й тривалості життя досягнуто завдяки антиретровірусній терапії (АРТ). АРТ продемонструвала стійкі можливості пригнічувати реплікацію вірусу, що, в свою чергу, приводить до покращення імунних функцій та зниження частоти виникнення супутніх захворювань. Однак антиретровірусні (АРВ) препарати  потребують щоденного застосування протягом усього життя. Навіть за суворого дотримання АРТ, латентний інтегрований провірус залишається діючим і зберігається у CD4+-клітинах пам’яті (включаючи клітини центральної пам’яті та CD45 RA-клітини + T-клітини), а також ефекторні та регуляторні Т-клітини, моноцити-макрофаги, мікроглію та дендритні клітини. Таким чином, прикладаються нові зусилля пошуку стратегії «вилучення» вірусу. Перший крок полягає в основі насущної необхідності доставки АРВ-препаратів та інших терапевтичних, еламінуючих вірусів-«грузів» до місць скупчення вірусних тканин. Це важливо розуміти при розробленні будь-якої терапевтичної стратегії, спрямованої на елімінацію ВІЛ-1. Необхідне вилучення провірусної ДНК ВІЛ-1 та/чи елімінація інфікованих клітин, оскільки наведене не може бути досягнуто лише за допомогою АРТ.

Неспроможність усунути ВІЛ-1 відображає довготривалий цикл життя інфікованих клітин та стійкої проліферації CD4+ Т-клітин задля переносу інтегрованого латентного вірусу (провірусу). Обидва типи клітин є діючими впродовж персистенції ВІЛ та не зачіпаються АРТ. Період напіврозпаду інфікованих вірусом клітин, виміряний у роках, є основною перешкодою на шляху ліквідації вірусу. Згідно з наявними даними, необхідно 73 роки лікування АРТ з метою повного розпаду вірусних клітин. Потенційним інструментом для прискорення цього процесу може слугувати посилення вродженої імунної відповіді, виявлення антитіл, що нейтралізують широкий спектр ізолятів ВІЛ-1 (широконейтралізуючих антитіл) та сприяння активації Т-кілерів. Незважаючи на те що такі підходи були випробувані, жоден з них не досяг успіху в повній елімінації ВІЛ-1-інфікованих клітин.

Недотримання режиму застосування АРВ-препаратів хоч і залишається перешкодою у лікуванні, але може бути подоланим. Щоденний прийом АРВ-препаратів можна трансформувати у парентеральне введення 1 раз на місяць, що забезпечить стійку супресію вірусів. Окрім того, АРВ-препарати пролонгованої дії допоможуть зменшити кількість випадків системної токсичності та полегшити доступ до ліків. Подальші уточнення щодо сучасних схем лікування АРТ пролонгованої дії знаходяться на стадії розроблення. Вони полягають у розвитку АРВ-хімічно модифікованих форм лікарських засобів як із ліпофільними, так і з гідрофобними властивостями. Останні мають перевагу в покращеній проникності до клітин-мішеней вірусів, а також до тканинних ділянок інфекції, які можуть зменшити інфекційний резервуар порівняно із дією, що досягається за допомогою сучасної АРТ. Такі хімічно модифіковані форми АРТ пролонгованої дії сприяють стратегії видалення вірусу, впливаючи на скорочення загального провірусного ДНК. Ця ідея нещодавно досліджена із використанням АРВ-модифікованих форм лікарських засобів пролонгованої дії (LASER ART), де ART — антиретровірусна терапія, а LASER (long-acting slow effective release) — повільне ефективне пролонговане вивільнення; та коротких паліндромних повторів, регулярно розміщених групами (CRISPR) для редагування генів ВІЛ-1. Доклінічні випробування проводилися на інфікованих вірусом мишах за допомогою комбінованої терапії і продемонстрували доволі успішні результати у третини гризунів. LASER ART зумовлює максимальне зменшення вірусу. Таким чином, перші спроби підтвердити ексцизію ВІЛ-1 за участю ряду тварин із ВІЛ/СНІДом закінчились успіхом.

Фармакологічні підходи, спрямовані на елімінацію ВІЛ-1

Основною перешкодою для лікування пацієнтів із ВІЛ-1 є постійний латентний вірусний резервуар у CD4+ T-клітинах, який зберігається навіть за довготривалої АРТ. Тому зазвичай пацієнтам необхідно продовжувати АРТ протягом усього життя. Розроблення підходів, що ставлять за мету ліквідацію ВІЛ-резервуарів, є досить актуальною. Для виявлення слідів вищезазначеного резервуару застосовується підхід «шокуй та вбий» або «шок та вбивство», який характеризується використанням фармакологічних агентів для реверсії латентності ВІЛ-1 та включення виготовлення вірусних білків у латентно інфікованих клітинах; реалізується латентно-реверсивними агентами (ЛРА). Незважаючи на те що АРТ запобігає зараженню здорових клітин вірусом, ЛРА допомагають у реактивації сплячих вірусів (шок) та викликають вірусну і/або імуноопосередковану загибель клітин (вбивство). Наразі існує понад 300 хімічних речовин, ідентифікованих як ЛРА, які націлені впливати на латентність ВІЛ-1 за допомогою різних механізмів (епігенетичної модифікації, регуляції транскрипції тощо). Однак, створюючи тимчасову вірусну ампліфікацію, ЛРА не досягли значущих клінічних результатів відносно скорочення латентних вірусних резервуарів та затримки вірусного відновлення. У зв’язку з цим були запропоновані деякі заходи щодо покращення їх дії. Покращення у стратегії ЛРА включали дозування, частоту та специфічність. Якщо вищенаведене буде досягнуто, латентно-реверсивна функція поліпшиться за рахунок специфічної дії на інфіковані клітини. Нове покоління маленьких молекул, які діють альтернативним шляхом, продемонструвало часткову імунну активацію при збереженні своєї ефективності щодо реактивації ВІЛ-1. Деякі з цих з’єднань синергічно взаємодіють із сучасними ЛРА та залишаються лідерами у клінічних випробуваннях.

Резервуари ВІЛ-1 відрізняються від здорових клітин своїми більш стійкими до апоптозу характеристиками. Комбіноване лікування з головним індуктором апоптозу, антагоністом B-клітинної лімфоми-2 (Bcl-2) венетоклаксом приводить до того, що у пролікованих ним клітинах αCD3/αCD28 відбувається знищення ВІЛ-1-інфікованих клітин із мінімальним знищенням неінфікованих CD4+ Т-клітин. Важливим є те, що вірусна ДНК, пов’язана з клітинами, значно скорочувалася протягом подвійного режиму лікування порівняно з монорежимом лікуванням αCD3/αCD28. Це свідчить про те, що праймінг CD4+ Т-клітин в АРТ-пригнічених ВІЛ-1 пацієнтів з антагоністом Bcl-2 із подальшою реактивацією ВІЛ, може призвести до зниження латентності вірусу. Така стратегія елімінації вірусу називається «праймуй, шокуй, вбивай» та потребує подальшої оцінки in vivo. Стохастична реактивація латентності ВІЛ-1 потребує повторної стимуляції зменшення розмірів резервуару; ефект активації може бути пов’язаний із концентраціями ЛРА. Це в комбінації з високими дозами та обсягом ЛРА може призвести до токсичності. Нанотехнологічні розроблення пропонують рішення, що полягають у призначенні лікування у формі наносуспензій, які можуть подовжити період напіврозпаду лікарського засобу та знизити частоту дозування. Наприклад, ЛРА, що інкасована у ліпідну наночастину — інкапсульований бріостатин, посилювала латентне реверсування ВІЛ-1 із клітин J-Lat порівняно зі звичайними схемами лікування. Таким чином, індукція еспресії ВІЛ-1 з латентних резервуарів розглядається як компонент стратегії ліквідації цього резервуару, яка в результаті може привести до тривалої ремісії чи виліковування.

CRISPR/Cas9

CRISPR/Cas9 — це нова технологія редагування геномів вищих організмів, що базується на імунній системі бактерій. В основі цієї системи — особливі ділянки бактеріальної ДНК, короткі паліндромні кластерні повтори або CRISPR. Між ідентичними повторами містяться фрагменти ДНК-спейсерів, більшість яких відповідають ділянкам геномів вірусів, що паразитують на цій бактерії. Потрапляння вірусу до бактеріальної клітини відбувається завдяки спеціалізованим Cas-білкам, пов’язаним із CRISPR РНК. У разі якщо фрагмент вірусу «збережений» у спейсері CRISPR РНК, Cas-білки знищують вірусну ДНК та захищають клітину від інфекції. Видалення провірусної ДНК з інфікованих клітин розглядається як принципово важливий підхід до лікування ВІЛ-інфекції. Такий підхід досліджувався із застосуванням рекомбіназ (ферментів, здатних до сайт-специфічних змін розміщення нуклеотидних послідовностей ДНК, цинк-пальцевих нуклеаз ZFN і нуклеаз TALEN, які несуть ДНК-зв’язувальні модулі, які, в свою чергу, розпізнають послідовності ДНК ВІЛ-1. Зокрема, ZFN і TALEN— це генно-інженерні білки, які можуть впливати на ДНК. Вчені намагалися розробити такі білки, які б могли розпізнавати будь-яку послідовність ДНК. Однак це не завжди реалізовувалося. Навпаки, для редагування геному за допомоги системи CRISPR/Cas9 використовується лише один білок.

Основними направленнями терапевтичного застосування CRISPR/Cas9 є запобігання інтеграції провірусної ДНК до геному клітини-мішені, вирізання інтегрованої провірусної ДНК ВІЛ з геному клітини-мішені або мутагенна деактивація генів вірусу. За допомогою CRISPR/Cas9 вчені змогли видалити з латентно ВІЛ-інфікованих культивуючих CD4+ T-клітин людини ділянку інтегрованої провірусної ДНК. Персистуюча коекспресія Cas9 та специфічних sgРНК у Т-клітинах забезпечувала захист від повторної інфекції ВІЛ-1. Ген-специфічна активація транскрипції досягнута з використанням різних варіантів CRISPR/Cas9. Вихідні комплекси включали dCas9, що з’єднаний із С-кінцевим доменом активації транскрипції герпес-вірусу VP64.

Для входу до клітин-мішеней ВІЛ-1 необхідний рецептор CD4+ та корецептори CCR5 або СХСR4. CCR5 є мішенню дії антиретровірусного препарату. Особи, які несуть мутацію CCR5Δ32 у гомозиготі, мають стійкість до інфекції R5-тропними штамами ВІЛ-1. Пересадка кісткового мозку від донора, гомозиготного за алелем CCR5Δ32, дозволила вперше вилікувати ВІЛ-інфікованого пацієнта. Однак відсутні докази щодо видалення ВІЛ-1 з латентних резервуарів. Є сумніви, що алогенна трансплантація кісткового мозку є не більш ніж «функціональним лікуванням».

  • Dash P., Kevadiya B., Su H. et al. (2020) Pathways towards human immunodeficiency virus elimination (https://www.thelancet.com/pdfs/journals/ebiom/PIIS2352-3964(20)30042-6.pdf).

Катерина Приходько-Дибська

Вам так же будет интересно

Оставьте комментарий

Ваш email не будет опубликован

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.