Nel loro sforzo di rispondere a una domanda biologica decennale su come il virus dell’epatite B (HBV) sia in grado di stabilire l’infezione da cellule epatiche, la ricerca guidata dal Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK), Weill Cornell Medicine e l’Università di Rockefeller identificate Una vulnerabilità che apre la porta a nuovi trattamenti.
Il team ha interrotto con successo la capacità del virus di infettare le cellule epatiche umane in laboratorio usando un composto già negli studi clinici contro il cancro, gettando le basi per gli studi sui modelli animali e lo sviluppo del potenziale farmaco in base alle loro intuizioni, secondo i risultati pubblicati il 20 febbraio in Cella.
L’epatite B è un’infezione epatica che colpisce quasi il 5% della popolazione mondiale. Causa danni a lungo termine alle cellule epatiche ed è una delle principali cause di cancro al fegato. Più di 250 milioni di persone in tutto il mondo hanno infezioni croniche di HBV e il virus provoca oltre 1 milione di morti all’anno, rendendola la seconda infezione più mortale in tutto il mondo, secondo l’Organizzazione mondiale della sanità.
La ricerca è stata condotta dal biologo chimico Yael David, PhD, presso MSK, lavorando insieme all’epatologo e virologo Robert Schwartz, MD, PhD, presso Weill Cornell Medicine e Viviana Risca, PhD, presso la Rockefeller University.
“Questo progetto è iniziato dal nostro interesse fondamentale per il modo in cui i cromosomi del virus potrebbero apparire e funzionare e ha portato a scoperte inaspettate di come l’infezione virale è stabilita nelle cellule umane”, afferma David.
Studia il primo autore Nicholas Prescott, PhD, ha perseguito la ricerca nel laboratorio di David come tesi di laurea. “Questo è un ottimo esempio di come gli investimenti nella” scienza di base “e le indagini su questioni biologiche fondamentali possano aprire la porta ai progressi medici”, afferma. “Ho sempre pensato che avrei lavorato su domande che decenni dopo qualcuno potrebbe citare in un documento quando hanno escogitato una cura per qualche malattia. Mai in un milione di anni mi aspettavo di guidare un progetto che ha identificato un candidato così forte per Sviluppo di farmaci per un flagello globale come l’epatite B. “
Un paradosso biologico scatena una collaborazione
La ricerca è iniziata con un incontro casuale e un paradosso di vecchia data.
Il Dr. Schwartz, professore associato di medicina nella divisione di gastroenterologia e epatologia presso Weill Cornell Medicine, è stato introdotto al Dr. David circa sei anni fa in ritirata per la facoltà di scuola di specializzazione di Weill Cornell Fisiologia, Biofisica e Sistemi, dove sono entrambi facoltà della scuola di specializzazione, dove sono entrambi facoltà della scuola di specializzazione, dove sono entrambi facoltà della scuola di specializzazione, dove sono entrambi facoltà della scuola di specializzazione, dove sono entrambi facoltà della scuola di specializzazione, dove sono entrambi facoltà della scuola di specializzazione, dove sono entrambi facoltà della scuola di specializzazione, dove sono entrambi facoltà della scuola di specializzazione, dove sono entrambi facoltà della scuola di specializzazione, dove sono entrambi facoltà della scuola di specializzazione, dove sono entrambi facoltà della scuola di laurea, dove sono entrambi facoltà della scuola di laurea, dove sono entrambi facoltà della scuola di laurea, dove sono entrambi facoltà della scuola di laurea, dove sono entrambi facoltà della scuola di speciativamente, tenere appuntamenti.
“In superficie, i nostri programmi di ricerca sembrano non avere una sovrapposizione”, afferma il dott. David. “Studia l’epatite B, mentre il mio laboratorio si concentra sulla comprensione di come l’espressione genica è regolata attraverso un processo chiamato epigenetico. Tuttavia, sono stato affascinato dallo scoprire che virus come i meccanismi epigenetici di epatite B dirotta . “
Non molto tempo dopo, il Dr. Prescott, allora studente di dottorato nel programma di dottorato tri-istituzionale in biologia chimica, si stava preparando per un periodo nel laboratorio di David presso il Sloan Kettering Institute di MSK. “Il suo interesse per la regolamentazione epigenetica nei patogeni mi ha immediatamente fatto considerare l’HBV un sistema modello ideale da esplorare”, afferma il dott. David.
Al centro del mistero che incuriosiva i ricercatori si trova un gene virale chiave che codifica per una proteina chiamata X. Questa proteina è essenziale per l’HBV per stabilire un’infezione produttiva nelle cellule ospiti e l’espressione dei suoi geni virali. Tuttavia, il X Il gene stesso è codificato all’interno del genoma virale.
“Questo solleva una classica domanda di pollo e uova che ha perplesso scienziati per decenni”, afferma il dott. David. “In che modo il virus produce abbastanza proteina X per guidare l’espressione genica virale e stabilire l’infezione?”
Inoltre, il gene che codifica la proteina X è considerato l’oncogene del virus, ovvero il gene responsabile della progressione della malattia verso il cancro, aggiunge il Dr. Prescott. Questo perché la proteina X degrada le proteine nell’ospite che sono coinvolte nella riparazione del DNA. Questo non solo impedisce all’ospite di mettere a tacere l’attività della proteina X, ma le cellule infette hanno anche maggiori probabilità di accumulare errori di DNA che si accumulano nel corso degli anni e decenni, portando allo sviluppo del cancro.
Sfide con i trattamenti esistenti per l’epatite B
“Una delle principali sfide con il trattamento dell’epatite B è che i trattamenti esistenti possono impedire al virus di fare nuove copie di se stesso, ma non eliminano completamente il virus dalle cellule infette, consentendo al virus di persistere nel fegato e mantenere cronic Infezione “, afferma il Dr. Schwartz, il cui laboratorio ha contribuito con competenze biologiche e cliniche nel virus, nonché i modelli di cellule epatiche umane utilizzate nello studio.
Anche il vaccino contro l’epatite B è efficace, ma il mantenimento dell’immunità richiede spesso scatti di booster. Inoltre, non aiuta le persone già infette. Ciò accade, ad esempio, a causa della trasmissione del virus da madre a bambino, che è molto comune nei paesi in via di sviluppo. L’accesso ai vaccini e al trattamento è anche più limitato in alcune parti dell’Africa e dell’Asia, dove i tassi di infezione sono più elevati.
Costruire una nuova piattaforma per studiare l’epatite B
Scavare nel mistero della proteina X è stata una sfida, spiega il Dr. Prescott, che ora è un membro post -dottorato in laboratorio di cromosoma e biologia cellulare presso la Rockefeller University. Gli strumenti esistenti non erano in grado di far luce su ciò che stava accadendo in quelle prime ore critiche di un’infezione.
È qui che l’esperienza di David Lab su come il DNA viene confezionato, letto e modificato si è rivelata essenziale. Hanno generato con successo il minicromosoma HBV per la prima volta, usando le loro capacità nel ricostituire il DNA virale in complesso con istoni umani, che sono proteine che confezionano e organizzano il DNA.
“Questa piattaforma è diventata uno strumento potente non solo per studiare la biochimica del virus, ma anche per analizzare, in dettaglio, ciò che accade nelle prime ore critiche di un’infezione”, afferma il dott. David.
Per la proteina X, l’imballaggio fa la differenza
Il team di ricerca ha determinato che, affinché la proteina X venga realizzata, il DNA del virus dell’epatite B deve essere organizzato in complessi del DNA-istone chiamati “nucleosomi”. I nucleosomi sono come perle su una corda: la corda è il DNA virale e le perle sono proteine dell’istone fornite dall’ospite, attorno alle quali il DNA viene avvolto; I nucleosomi sono i mattoni della cromatina, il materiale che costituisce cromosomi.
È stata questa parte del progetto che ha attinto all’esperienza del Dr. Risca della Rockefeller University. Il laboratorio RISCA studia l’architettura 3D del genoma e come l’imballaggio del DNA aiuta a controllare la trascrizione dei geni. Avevano gli strumenti e le competenze per garantire che ciò che gli scienziati vedevano nella nuova piattaforma per studiare il virus corrispondessero alla realtà di un’infezione umana.
“La saggezza convenzionale afferma che l’imballaggio del DNA di un gene nei nucleosomi bloccherebbe o rallenterebbe la capacità della cellula di leggere quel gene per creare proteine funzionali, come la proteina X”, afferma il dott. Risca. “Ma in organismi complessi come gli esseri umani e nei virus che ci infettano, la regolazione genica non è sempre così semplice. La presenza e il posizionamento dei nucleosomi sul DNA possono essere importanti nel dirigere meccanismi cellulari per trascrivere alcuni geni. Abbiamo scoperto che essere il Caso per il gene HBV che codifica la proteina X – La presenza di nucleosomi sul genoma virale è necessaria per la trascrizione dell’RNA che dà origine alla proteina X. “
Identificazione di un promettente candidato alla droga contro l’HBV
Questa scoperta apre la porta a capire come il X Il gene è regolato e come viene stabilita l’infezione da HBV. Inoltre, i ricercatori sono stati euforici per scoprire una potenziale opportunità terapeutica: se si potesse interrompere la formazione di queste strutture di cromatina, allora si potrebbe interrompere la capacità del virus di iniziare e mantenere un’infezione.
Il team ha testato cinque composti di piccole molecole note per compromettere la formazione di cromatina. Solo uno ha bloccato la produzione di proteina X nelle cellule epatiche: un candidato farmacologico antitumorale chiamato CBL137.
È importante sottolineare che ha funzionato a concentrazioni molto basse – molte volte più piccoli dei partecipanti agli studi clinici per il cancro stavano ricevendo e usando dosi che hanno influenzato solo il virus, ma non le cellule umane.
“Questo ci ha reso molto ottimisti sulla possibilità di sviluppare un approccio terapeutico prevenendo o limitando gli effetti collaterali”, afferma il dott. David.
“Inoltre, se questi risultati sono confermati attraverso ulteriori studi, siamo ottimisti l’approccio potrebbe essere usato per trattare per la prima volta le infezioni croniche – e quindi potrebbe rappresentare una potenziale cura”, aggiunge il Dr. Schwartz.
Inoltre, CBL137 potrebbe rivelarsi altrettanto utile per target o studiare altri virus del DNA cromatinizzati come Herpesvirus e papillomavirus, notano i ricercatori.
Passaggi successivi per la ricerca
Per sviluppare ulteriormente la ricerca del team verso un potenziale studio clinico, il passo successivo sarebbe quello di studiare la sicurezza e l’efficacia di CBL137 nei modelli animali – sebbene questi siano limitati a causa della ristretta gamma di specie che l’HBV può infettare, affermano i ricercatori.
Tutti i ricercatori hanno sottolineato che lo studio non sarebbe stato possibile senza la stretta collaborazione tra le tre istituzioni, che hanno riunito le competenze e le risorse tecnologiche necessarie-dal microscopio a forza atomica di MSK al centro di risorse genomiche e al cluster di calcolo ad alte prestazioni alla Rockefeller University.
“Penso che questo sia un esempio sterline di ciò che rende il Tri-I un posto così fantastico per fare scienza”, afferma il Dr. Prescott, la cui ricerca è stata supportata da una prestigiosa sovvenzione F99/K00 del National Cancer Institute, che finanzia promettendo Ricercatori attraverso studi universitari e formazione post -dottorato, aiutandoli a stabilire carriere indipendenti. “Senza i contributi di tutti i laboratori, questa ricerca non sarebbe stata possibile. Quando è arrivato il momento di trovare un posto dove fare il mio postdoc, ero tipo” Perché dovrei mai andarmene? ” “
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
