Il nuovo studio scopre i geni umani che gestiscono l'infezione HIV

I virus sono parassiti. Il solo modo che possono svilupparsi è dirottando i loro host. Quando infettano un host umano, i virus usano le proteine umane per moltiplicare e modificare le cellule umane per sostenere l'infezione. Allo stesso tempo, il host umano attiva i meccanismi di difesa per combattere l'infezione.

La maggior parte della corrente droga contro le infezioni virali mira al virus stesso. Ma gli scienziati sono interessati nelle terapie di sviluppo che tendono alle proteine ospite invece, o nei geni che li producono, in parte perché tali terapie sono credute meno probabilmente per suscitare la farmacoresistenza. Una comprensione dettagliata delle interazioni del virus-host è determinante per il successo di questa strategia.

Un gruppo di Gladstone istituisce gli scienziati piombo dal ricercatore senior Nevan Krogan, PhD, sta catalogando le proteine ospite che legano fisicamente alle proteine del virus. Queste interazioni fisiche identificano le proteine umane che il virus può usare per infettare le celle e propagarsi. Tuttavia, non rivelano come le proteine ospite funzionano insieme per facilitare l'infezione.

Per indirizzare questo spazio, lo scienziato David Gordon, PhD del personale e di Krogan, con i colleghi a Uc San Francisco (UCSF), università Dublino e la scuola di medicina di monte Sinai, ha sviluppato un nuovo modo capire come le cellule ospiti gestiscono l'infezione HIV in cellule umane.

Il loro approccio comporta interrompere i geni ospite piuttosto che le proteine. È basato sull'idea, pionieristica a da Krogan, che ottenete le informazioni più ricche sulle funzioni dei geni--e le proteine che codificano--quando rendete non validi i geni nelle paia, invece di uno per uno. In un articolo pubblicato in cella molecolare, il gruppo descrive una mappa dei geni che gestiscono l'infezione HIV in cellule umane, che hanno sviluppato valutando più di 63.000 combinazioni di geni umani connessi con infezione HIV.

Il HIV è una preoccupazione importante di salute pubblica, con 36,7 milione di persone stimato che vivono con l'infezione cronica ed oltre 20,9 milione di persone che ricevono il trattamento continuo. Lo studio dell'impatto delle rotture del gene nelle paia piuttosto che uno per uno rende le informazioni importanti su come i geni funzionano insieme per mediare l'infezione virale, evidenziando i trattamenti che possiamo mirare a con le droghe per inibire l'infezione.„

Nevan Krogan, Ph.D., ricercatore senior, professore di farmacologia cellulare e molecolare a UCSF ed il Direttore dell'istituto quantitativo di scienze biologiche di UCSF

La mappa, a che il gruppo si riferisce come mappa virale di epistasi (VE-MAPPA), è un avanzamento essenziale per la ricerca del HIV in parecchi altri modi. Per una cosa, scopre un insieme dei geni precedentemente insospettato richiesti per la crescita del virus in cellule umane. Per un altro, la VE-MAPPA può essere usata per analizzare come i mutanti differenti del HIV pregiudicano le cellule ospiti o provare le droghe che interrompono le interazioni del HIV-host.

Resistenza nei numeri

La ve-MAPPA è un adattamento del E-MAP, che Krogan ed i suoi colleghi hanno aperto la strada a e raffinato in questi ultimi 15 anni per identificare i geni che gestiscono come le celle si sviluppano. Alla memoria di questo approccio è la capacità del laboratorio di Krogan di interrompere tantissimi geni, di provarli nelle paia e di analizzare i risultati via i metodi di calcolo specializzati.

“Il principio dietro le E-Mappe è che quando interrompete due geni immediatamente ed esaminate l'impatto su una cella, a volte vedete gli effetti che sono significativamente più grandi o più piccoli di avreste predetto dall'effetto di interruzione del qualsiasi gene da solo,„ avete detto Krogan.

Questi effetti inattesi suggeriscono che le funzioni dei due geni siano relative. Inoltre, effettuando queste al paio rotture attraverso le centinaia di geni, gli scienziati possono trovare i gruppi di geni con i simili reticoli delle interazioni, un segno che sono probabili partecipare allo stesso trattamento molecolare.

“E così, invece di individuazione dei geni importanti uno alla volta, potete identificare tutto d'un tratto multiplo, reti distinte dei geni che pregiudicano il trattamento che state studiando,„ ha detto Gordon.

L'approccio di E-MAP principalmente è stato usato per studiare la crescita delle cellule. Gordon, in collaborazione con uno studente dall'università Dublino, Ariane Watson, ha dovuto modificarlo per studiare l'infezione virale. La parte più complessa era di applicare un sistema di raschiatura dell'acquisizione dei dati e specializzato, che li ha permessi di misurare esattamente l'infezione HIV attraverso le centinaia di migliaia di campioni e confronta l'effetto di al paio e le rotture del unico gene.

Sarebbe uno sforzo in modo schiacciante per verificare tutte le combinazioni di oltre 20.000 geni di proteina-codifica nel genoma umano. Invece, gli scienziati hanno messo a fuoco sui geni già sospettati per influenzare la biologia del HIV. In particolare, hanno usato i geni che codificano tantissime proteine umane che il laboratorio di Krogan precedentemente aveva trovato per legare alle proteine del HIV. In tutto, hanno incluso oltre 350 geni nella loro analisi ed hanno provato oltre 63.000 al paio rotture.

Nuovi giocatori all'interfaccia del HIV-host

Sebbene il HIV sia uno dei virus umani migliore studiati e sia ora controllato ben tramite la terapia del antiretroviral, non c'è maturazione per il HIV/AIDS. Inoltre, la terapia del antiretroviral è costosa, che può renderla poco pratico nei paesi del risorsa-povero. La ricerca di nuovi mezzi di fermata o di sradicamento del virus è, quindi, ancora una priorità.

Fra i geni che sono stato fuori nella VE-MAPPA erano parecchi membri della famiglia di CNOT, di cui il ruolo nella biologia del HIV mai prima era stato stabilito. Gli autori hanno dimostrato che il complesso di CNOT promuove l'infezione HIV sopprimendo l'immunità innata in celle di T di CD4+, il tipo di celle immuni obiettivi di quel HIV preferenziale in esseri umani. L'immunità innata è un meccanismo di difesa da cui le cellule ospiti possono combattere l'infezione.

“L'impatto di CNOT su immunità innata è un tasto, eppure precedentemente non riconosciuto, via ospite critica ad infezione HIV. Servirà da obiettivo terapeutico novello potenziale negli studi futuri,„ ha detto Krogan.

Per esempio, gli scienziati possono ora studiare se mirare al complesso di CNOT con le droghe potesse essere un modo aiutare i pazienti di HIV a combattere l'infezione più efficacemente.

Ancora, la VE-MAPPA ha scoperto i geni che hanno avuti poco impatto una volta interrotti determinato, ma un grande effetto una volta analizzati insieme.

“Questi geni sarebbero trascurati in classico, esperimenti di rottura del unico gene,„ ha detto Gordon. “Confermano il potenziale della VE-MAPPA di scoprire i nuovi meccanismi da cui il HIV interagisce con le cellule umane.„

La combinazione delle droghe che mirano a due di questi geni allo stesso tempo potrebbe così essere una strategia terapeutica di promessa, particolarmente per un virus quale il HIV/AIDS, che ha evoluto i modi multipli della spillatura delle risorse dei sui ospiti.

La ve-MAPPA poteva egualmente prendere i geni che specificamente interagiscono con un mutante conosciuto del HIV. Questa osservazione preannuncia bene per la capacità della VE-MAPPA di identificare i fattori distinti ospite che pregiudicano i vari moduli del HIV, o i mutanti del virus che sorgono in risposta alle droghe attualmente disponibili.

La prova supplementare con una droga conosciuta per interferire con le proteine umane HIV-associate dà agli autori la fiducia che il loro approccio della VE-MAPPA potrebbe, in futuro, essere usato per schermare per le droghe novelle anti-HIV e per capire il loro modo di atto.

“Questa VE-MAPPA fornisce una visualizzazione senza precedenti di come il HIV dirotta e riavvolge il macchinario cellulare in cellule umane durante l'infezione,„ ha detto Krogan. “Genererà molti nuovi idee e viali identificare e verificare le terapie innovarici.„

Ed i vantaggi non possono essere limitati alla ricerca del HIV.

“Il nostro lavoro è prova-de-principio che l'approccio della VE-MAPPA è un modo potente pianificare l'interfaccia fra il HIV e le cellule umane e scoprire i nuovi viali terapeutici,„ ha detto Gordon. “Ora aspettiamo con impazienza di provarlo su altri agenti patogeni.„