במאמץ לענות על שאלה ביולוגית בת עשרות שנים לגבי האופן בו נגיף הפטיטיס B (HBV) מסוגל לבסס זיהום בתאי הכבד, במחקר שהובל על ידי מרכז הסרטן של סלואן קטרינג (MSK), Weill Cornell ואוניברסיטת רוקפלר זיהו א ' פגיעות הפותחת את הדלת לטיפולים חדשים.
הצוות שיבש בהצלחה את יכולתו של הנגיף להדביק תאי כבד אנושיים במעבדה באמצעות תרכובת שכבר נמצאים במחקרים קליניים נגד סרטן – הנחת היסודות למחקרי מודלים של בעלי חיים ופיתוח תרופות פוטנציאלי על סמך תובנותיהם, על פי הממצאים שפורסמו ב- 20 בפברואר בתא ו
הפטיטיס B היא זיהום בכבד הפוגע כמעט ב -5% מאוכלוסיית העולם. זה גורם נזק לטווח הארוך לתאי הכבד והוא אחד הגורמים המובילים לסרטן הכבד. יותר מ -250 מיליון אנשים ברחבי העולם סובלים מדלקות HBV כרוניות והנגיף גורם ליותר ממיליון מקרי מוות בשנה, מה שהופך אותו לזיהום הקטלני השני ביותר ברחבי העולם, על פי ארגון הבריאות העולמי.
את המחקר הובל הביולוג הכימי ד"ר יעל דייוויד ב- MSK, הפטולוג והוויראולוג ד"ר רוברט שוורץ ברפואת וייל קורנל וד"ר ויויאנה ריסקה באוניברסיטת רוקפלר.
פרויקט זה התחיל מהעניין הבסיסי שלנו באופן שבו כרומוזומי הנגיף עשויים להיראות ולתפקד ולהוביל לתגליות בלתי צפויות של האופן בו נוצר הזיהום הנגיפי בתאים אנושיים. "
ד"ר יעל דייוויד, ביולוג כימי ב- MSK
המחקר את המחבר הראשון ד"ר ניקולס פרסקוט, רדף אחר המחקר במעבדת דייוויד כעבודת הגמר שלו. "זו דוגמה נהדרת לאופן שבו ההשקעה ב'מדע בסיסי 'וחקירת שאלות ביולוגיות מהותיות יכולות לפתוח את הדלת להתקדמות רפואית", אמר. "תמיד חשבתי שאעבוד על שאלות שעשורים שנים אחר כך מישהו יכול לצטט בעיתון כשהם מציגים תרופה למחלה מסוימת. מעולם לא בעוד מיליון שנה ציפיתי להוביל פרויקט שזיהה מועמד כה חזק עבור פיתוח תרופות לנגיעה עולמית כמו הפטיטיס B. "
פרדוקס ביולוגי מעורר שיתוף פעולה
המחקר החל בפגישה מקרית ובפרדוקס ארוך שנים.
ד"ר שוורץ, פרופסור חבר לרפואה בחטיבה לגסטרואנטרולוגיה והפטולוגיה ברפואת וייל קורנל, הוצג בפני ד"ר דייוויד לפני כשש שנים בנסיגה של וייל קורנל פיזיולוגיה, ביופיזיקה ומערכות ביולוגיה בוגר, שם שניהם שניהם להחזיק פגישות.
"על פני השטח, נראה כי לתוכניות המחקר שלנו אין חפיפה," אמר ד"ר דייוויד. "הוא בוחן דלקת כבד B, בעוד שהמעבדה שלי מתמקדת בהבנה כיצד מוסדר ביטוי גנים באמצעות תהליך שנקרא אפיגנטיקה. עם זאת, הייתי מרותק לגלות כי נגיפים כמו הפטיטיס B מנגנונים אפיגנטיים, אפילו באמצעות חלבונים לאריזת DNA כדי לווסת את פעילותם "
זמן לא רב לאחר מכן, ד"ר פרסקוט, אז סטודנט לדוקטורט בתוכנית הדוקטורט המשולשת בביולוגיה כימית, התכונן למצב במעבדת דייוויד במכון סלואן קטרינג של MSK. ההתעניינות שלו בוויסות אפיגנטיות בפתוגנים הפכו את HBV למערכת מודל אידיאלית עבורו לחקור.
בלב התעלומה שסקרנה את החוקרים טמון גן ויראלי מפתח המקודד לחלבון הנקרא X. חלבון זה חיוני עבור HBV לבסס זיהום יצרני בתאים מארחים וביטוי הגנים הנגיפיים שלו. עם זאת, X הגן עצמו מקודד בגנום הנגיפי.
"זה מעלה שאלה קלאסית של עוף וביצה שהפכה מדענים במשך עשרות שנים", אמר ד"ר דייוויד. "איך הנגיף מייצר מספיק חלבון X כדי להניע את ביטוי הגנים הנגיפיים ולבסס זיהום?"
יתר על כן, הגן המקודד חלבון X נחשב לאונקוגן של הנגיף – כלומר הגן האחראי להתקדמות המחלה לסרטן, הוסיף ד"ר פרסקוט. הסיבה לכך היא שחלבון X משפיל חלבונים במארח המעורבים בתיקון DNA. לא רק שזה מונע מהמארח להשתק את פעילותו של חלבון X, אלא שהתאים הנגועים נוטים יותר לצבור שגיאות DNA שהצטברו במהלך השנים והעשורים, מה שמוביל להתפתחות סרטן.
אתגרים עם טיפולים קיימים בהפטיטיס B
"אחד האתגרים העיקריים בטיפול בהפטיטיס B הוא שהטיפולים הקיימים יכולים למנוע מהנגיף לייצר עותקים חדשים של עצמו, אך הם לא מנקים את הנגיף לחלוטין מתאים נגועים, ומאפשרים לנגיף להתמיד בכבד ולשמור על כרוני זיהום ", אמר ד"ר שוורץ, שמעבדה תרם מומחיות ביולוגית וקלינית בנגיף, כמו גם את מודלי תאי הכבד האנושיים ששימשו במחקר.
החיסון נגד הפטיטיס B יעיל גם הוא, אך שמירה על חסינות דורשת לעתים קרובות צילומי בוסטר. יתר על כן, זה לא עוזר לאנשים שכבר נגועים. זה קורה, למשל, בגלל העברת הנגיף מאם לילד, הנפוצה מאוד במדינות מתפתחות. הגישה לחיסונים וטיפול מוגבלת גם יותר באזורים מסוימים באפריקה ובאסיה, שם שיעורי הזיהום גבוהים יותר.
בניית פלטפורמה חדשה לחקר הפטיטיס B
החפירה לתעלומה של חלבון X הייתה אתגר, הסביר ד"ר פרסקוט, שהוא כיום עמית פוסט -דוקטורט במעבדה לכרומוזום וביולוגיה תאים באוניברסיטת רוקפלר. הכלים הקיימים לא היו מסוגלים לשפוך אור על המתרחש בשעות המוקדמות הקריטיות של זיהום.
זה המקום בו המומחיות של מעבדת דייוויד באופן בו DNA נארזת, לקרוא ושינוי הוכיחה חיונית. הם יצרו לראשונה את המיניכרומוזום של HBV לראשונה, תוך שימוש ביכולותיהם בשיבוץ DNA נגיפי במתחם עם היסטונים אנושיים – שהם חלבונים המאגדים ומארגנים DNA.
"פלטפורמה זו הפכה לכלי רב עוצמה לא רק כדי ללמוד את הביוכימיה של הנגיף אלא גם לנתח בפירוט את מה שקורה בשעות הראשונות הקריטיות של זיהום", אמר ד"ר דייוויד.
עבור חלבון X, האריזה עושה את כל ההבדל
צוות המחקר קבע כי על מנת שיבצע חלבון X, ה- DNA של נגיף הפטיטיס B צריך להתארגן למתחמי DNA-Histone הנקראים 'נוקלאוזומים'. נוקלאוזומים הם כמו חרוזים על מחרוזת-המיתר הוא ה- DNA הנגיפי, והחרוזים הם חלבוני היסטון המסופקים מארח, שסביבם DNA נעטף; נוקלאוזומים הם אבני הבניין של הכרומטין, החומר המרכיב כרומוזומים.
זה היה החלק הזה של הפרויקט שהקיש את המומחיות של ד"ר ריסקה מאוניברסיטת רוקפלר. מעבדת RISCA חוקרת את הארכיטקטורה התלת -ממדית של הגנום וכיצד אריזת ה- DNA מסייעת לשלוט בתעתיק הגנים. היו להם הכלים והמומחיות כדי להבטיח שמה שהמדענים רואים בפלטפורמה החדשה לחקר הנגיף תואם את המציאות של זיהום אנושי.
ד"ר ריסקה אמר כי "החוכמה המקובלת אומרת שאריזת ה- DNA של הגן לגרעין נוקלאוזומים תחסום או מאט את יכולתו של התא לקרוא את הגן הזה לייצור חלבונים פונקציונליים, כמו חלבון X. "אבל באורגניזמים מורכבים כמו בני אדם ובנגיפים שמדביקים אותנו, ויסות גנים אינו תמיד כל כך פשוט. הנוכחות ומיקום נוקלאוזומים ב- DNA יכולים להיות חשובים בהפניית מנגנונים סלולריים לתמלול גנים מסוימים. מקרה לגן HBV המקודד חלבון x – נוכחות של נוקלאוזומים בגנום הנגיפי נחוצה לתעתיק של RNA שמוליד פונקציונלי חלבון X. "
זיהוי מועמד סמים מבטיח נגד HBV
תגלית זו פותחת את הדלת להבנה כיצד X גן מוסדר וכיצד נקבע זיהום HBV. יתר על כן, החוקרים היו מרוממים כדי לגלות הזדמנות טיפולית פוטנציאלית: אם ניתן היה לשבש את היווצרות מבני הכרומטין הללו, אז אפשר היה לשבש את יכולתו של הנגיף להתחיל ולשמור על זיהום.
הצוות בדק חמש תרכובות מולקולות קטנות הידועות כפוגעות בהיווצרות כרומטין. רק אחד חסם את הייצור של חלבון X בתאי כבד: מועמד לתרופות נגד סרטן בשם CBL137.
חשוב לציין כי זה עבד בריכוזים נמוכים מאוד – פעמים רבות יותר מהמשתתפים במחקרים קליניים לסרטן קיבלו, והשתמשו במינונים שרק השפיעו על הנגיף, אך לא בתאים אנושיים.
"זה הפך אותנו לאופטימיים מאוד לגבי האפשרות לפתח גישה טיפולית תוך מניעה או הגבלת תופעות לוואי", אמר ד"ר דייוויד.
ד"ר שוורץ הוסיף כי "יתר על כן, אם תוצאות אלה יאושרו באמצעות מחקר נוסף, אנו אופטימיים ניתן להשתמש בגישה לטיפול בזיהומים כרוניים בפעם הראשונה – ולכן אנו יכולים לייצג תרופה פוטנציאלית.
בנוסף, CBL137 עשוי להוכיח שימושי באופן דומה למיקוד או לחקור נגיפי DNA כרומטניזציה אחרים כמו הרפסווירוס והנגיף הפפילומה, מציינים החוקרים.
הצעדים הבאים למחקר
כדי לפתח את המחקר של הצוות לקראת ניסוי קליני פוטנציאלי, השלב הבא יהיה לחקור את הבטיחות והיעילות של CBL137 במודלים של בעלי חיים – אם כי אלה מוגבלים בגלל הטווח הצר של המינים ש- HBV יכול להדביק, אמרו החוקרים.
כל החוקרים הדגישו כי המחקר לא היה אפשרי ללא שיתוף הפעולה ההדוק בין שלושת המוסדות, שהפגיש את המומחיות והמשאבים הטכנולוגיים הנדרשים-ממיקרוסקופ הכוח האטומי של MSK למרכז המשאבים הגנומיקה ואשכול מחשוב בעל ביצועים גבוהים בכתובת אוניברסיטת רוקפלר.
"אני חושב שזו דוגמה סטרלינג למה שהופך את ה- Tri-I למקום כל כך נהדר לעשות מדע", אמר ד"ר פרסקוט, שמחקרו נתמך על ידי מענק F99/K00 יוקרתי מהמכון הלאומי לסרטן, שמממן מבטיח חוקרים באמצעות לימודי תואר שני והכשרה לאחר דוקטורט, ועוזרים להם להקים קריירה עצמאית. "בלי התרומות מכל המעבדות, המחקר הזה לא היה אפשרי. כשהגיע הזמן למצוא מקום לעשות את הפוסט -דוק שלי, הייתי כמו 'למה אי פעם אעזוב?'"
