Naukowcy odkryli molekularny mechanizm leżący u podstaw decyzji HIV o pozostawaniu w stanie aktywnym lub uśpionym. Może to prowadzić do nowych terapii, które działają, utrzymując wirusa w stanie uśpienia na stałe.
Badanie, prowadzone przez zespół z Gladstone Institutes w San Francisco, Kalifornia, zawiera artykuł opublikowany w renomowanym czasopiśmie. Odkrycia te mogą również wyjaśniać decyzje dotyczące losów komórek w innych obszarach biologii – na przykład, jak komórki macierzyste decydują, czy pozostać w swoim stanie, czy różnicować się w wyspecjalizowane komórki, takie jak komórki mózgowe czy sercowe, podczas podziału.
Starszy autor badania, prof. Leor S. Weinberger, dyrektor Centrum Obwodów Komórkowych w Gladstone Institutes, porównuje ten proces do strategii inwestycyjnych, które stosujemy w celu ochrony swoich zasobów.
Aby «chronić się przed zmiennością na rynku», możemy zdecydować o umieszczeniu niektórych funduszy w akcjach wysokiego ryzyka, a resztę w bardziej stabilnych opcjach. «Podobnie» – wyjaśnia – «HIV zarządza swoimi zasobami w niestabilnym środowisku, generując zarówno aktywne, jak i uśpione infekcje.»
Zbiornik utajony HIV
Po wejściu do ludzkiego organizmu HIV wprowadza swój materiał genetyczny do DNA «gospodarza» komórek odpornościowych. Dzięki temu wirus HIV może zmusić maszynę komórkową do produkcji nowych kopii wirusa.
Jednak niektóre komórki odpornościowe zakażone wirusem HIV przechodzą w stan uśpiony lub utajony, co oznacza, że nie wytwarzają nowego wirusa. HIV może ukrywać się w tym «utajonym zbiorniku» przez długi czas, co stanowi poważne wyzwanie w terapii.
Obecne leczenie HIV jest bardzo skuteczne w zmniejszaniu ilości aktywnego wirusa w organizmie. Niestety, nie radzi sobie tak dobrze z uśpionym HIV, który może reaktywować się natychmiast po zakończeniu terapii. To jeden z głównych powodów, dla których nie możemy jeszcze skutecznie wyleczyć wirusa HIV.
W poprzednich badaniach profesor Weinberger i jego zespół wykazali, że opóźnienie HIV «nie jest przypadkiem», lecz wynika z celowej «taktyki przetrwania». Taka strategia jest «ewolucyjnie korzystna dla wirusa», ponieważ w miejscach, gdzie HIV po raz pierwszy wchodzi do organizmu, nie ma zbyt wielu komórek odpornościowych, które mogłyby zaatakować. Jeśli wirus zabiłby wszystkie komórki, nie miałby już możliwości do kontynuowania infekcji.
HIV wykorzystuje «hałas ekspresji genów»
Wykorzystując stan utajony w niektórych komórkach, wirus HIV zapewnia, że aktywacja może poczekać, aż te komórki przeniosą się do tkanki, gdzie znajduje się znacznie więcej komórek docelowych. W ten sposób zwiększa swoje szanse na przetrwanie i dalszą infekcję.
Zespół odkrył, że HIV jest w stanie generować stan aktywny lub uśpiony, wykorzystując zjawisko, które nazywa się «przypadkowymi wahaniami ekspresji genów».
Z powodu losowych fluktuacji w ekspresji genów, które naukowcy określają także jako «szum», dwie komórki o identycznym składzie genetycznym mogą wytwarzać różne ilości tego samego białka. Ta różnica może mieć kluczowe znaczenie dla funkcji i przeznaczenia komórki.
HIV eksprymuje swoje geny wewnątrz komórki gospodarza za pomocą mechanizmu zwanego «alternatywnym splicingiem», co pozwala mu na różnorodne aranżacje swojego materiału genetycznego.
Nieefektywne spawanie genów
W swoich badaniach naukowcy analizowali pojedyncze komórki zakażone wirusem HIV. Odkryli, że wirus używa tego typu splicingu do kontrolowania losowego szumu, co decyduje o losie komórki gospodarza – czy będzie aktywna, czy uśpiona.
«Znaleźliśmy,» mówi dr Maike Hansen, członkini zespołu prof. Weinbergera, «że wirus HIV wykorzystuje wyjątkowo nieefektywną formę splicingu.»
«Zaskakująco, gdyby ten mechanizm działał wydajnie,» kontynuuje, «splicing prowadziłby do znacznie mniejszej aktywności wirusa. Jednak poprzez pozorne marnowanie energii w nieefektywnym procesie, HIV może lepiej kontrolować swoją decyzję o pozostaniu aktywnym.»
Za pomocą modelowania, genetyki i narzędzi obrazowania, zespół był w stanie po raz pierwszy zidentyfikować etap cyklu życia wirusa HIV, w którym zachodzi splicing.
Okazało się, że nieefektywne splicing nie zachodzi podczas transkrypcji, jak wcześniej sądzono, lecz po niej. Transkrypcja to proces, w którym instrukcje przechowywane w DNA są kopiowane do RNA, co informuje komórkę, jakie białka wytwarzać.
Zespół konkluduje, że posiadanie nieefektywnego procesu łączenia jest kluczowe dla przetrwania wirusa. Wzrost jego efektywności może być sposobem na pokonanie wirusa poprzez utrzymywanie go w stanie utajonym na stałe.
«Obwód splatania może dać nam możliwość terapeutycznego atakowania wirusa w inny sposób,» podsumowuje prof. Leor S. Weinberger.
Nowe perspektywy w badaniach nad HIV
W ostatnich latach zbadano wiele nowych strategii terapeutycznych, które mogą być zastosowane w walce z HIV. Wśród nich znajdują się terapie genowe, które mają na celu wyeliminowanie utajonego wirusa z organizmu. Badania pokazują, że modyfikacja genów komórek odpornościowych może zwiększyć ich zdolność do rozpoznawania i eliminacji komórek zakażonych HIV.
Ponadto, nowe leki przeciwwirusowe, takie jak inhibitory transkrypcji, wykazują obiecujące wyniki w blokowaniu replikacji wirusa, co może skutkować niższym poziomem wirusa w organizmie i mniejszym ryzykiem reaktywacji.
Statystyki z 2024 roku wskazują na spadek liczby nowych zakażeń HIV o 20% w porównaniu do lat ubiegłych, co może być wynikiem wdrożenia skuteczniejszych programów profilaktycznych oraz dostępu do nowoczesnych terapii. To dobra wiadomość, ale wciąż pozostaje wiele do zrobienia, aby ostatecznie wygrać z tą chorobą.
W miarę jak nauka i technologia się rozwijają, nadzieje na całkowite wyleczenie HIV stają się coraz bardziej realne. Obecne badania wskazują, że zrozumienie mechanizmów, jakie rządzą przeżyciem wirusa, jest kluczem do opracowania nowych, skutecznych terapii, które będą mogły ostatecznie zakończyć walkę z HIV.
