جهش اجباری در HIV

پانزده سال پیش، John Essigmann استاد MIT و همکارانش از دانشگاه واشنگتن ایده ای جدید برای یک داروی HIV ارائه دادند. آنها تصور کردند که اگر بتوانند ویروس را برای جهشی بدون کنترل تحریک کنند، می توانند آن را مجبور به تضعیف شدن و در نهایت مرگ کنند (نوعی استراتژی که سیستم ایمنی بدن ما نیز در برابر بسیاری از ویروس ها از آن استفاده می کند).  

محققان همانطور که انتظار داشتند دارو هایی را توسعه دادند که HIV را وادار به جهش می کرد. اما این کار باعث حذف ویروس از بیماران در یک کارآزمایی بالینی کوچک گزارش شده در سال 2011 نشد. با این حال Essigmann و همکارانش در یک مطالعه جدید مکانیزم پشت پرده عمل دارو ها را تعیین کردند. آنها بر این باور بودند که این کار می تواند به آنها کمک کند تا نسخه های بهتری را برای از بین بردن سریع تر ویروس ها بدست آورند. به گفته آنها این نوع دارو می تواند به مبارزه با ویروس های باقی مانده در سلول های T بیماران کمک کند.

این ویروس بطور دوره ای دوباره ظاهر می شود و به همین دلیل است که بیماران باید یطور نامحدود تحت دارو باشند و درمان هم نمی شوند. به گفته Essigmann این بزرگترین مشکل HIV است.

به گزارش پژوهشکده مجازی بیوتکنولوژی پزشکی و به گفته دانشمندان MIT، چیزی که ما امیدوار بودیم این است که در طی یک دوره طولانی از این نوع درمان، یک شخص بتواند به طور بالقوه استخر نهفته جهش یافته ای را داشته باشد که دیگر تا حدی باعث بیماری فعال نشود. در مطالعه جدید که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) منتشر شد، محققان دقیقا کشف کردند که چطور داروی شناخته شده ای با عنوان KP1212، باعث تغییر دادن ژنوم HIV می شود.

جهش بیش از حد

بعد از اینکه HIV یک سلول را آلوده  می کند، به سرعت شروع به ساخت کپی هایی از مواد ژنتیکی خود می کند. این کپی ها بسیار مستعد به خطا هستند، بنابراین ویروس به سرعت جهش پیدا می کند. این کار معمولا کمک می کند تا ویروس با فرار از دست هر دو سیستم ایمنی و داروها زنده بماند. با این حال، در یک کنفرانس در اواخر دهه 1990، Essigmann از یک زیست شناس تکاملی یاد گرفت که اگر بتوان ویروس را مجبور کرد تا نرخ جهش اش دو برابر شود، دیگر قادر به تولید پروتئین های عملکردی نیست.

Essigmann و Lawrence Loeb (استاد بیوشیمی دانشگاه واشنگتن) شروع به کار با یکدیگر برای بهره برداری از این ایده کردند. Essigmann کار توسعه ترکیباتی را در پی گرفت که نوکلئوتید طبیعی A، C، T و G را تقلید می کنند، اما با اتصال به جفت اشتباه موجب جهش های ژنتیکی می شوند.Loeb  یک متخصص پلیمراز ها است (آنزیم هایی که نوکلئوتیدها را با هم و برای تشکیل DNA و یا RNA جفت می کند).

Essigmann و Loeb  به همراه James Mullins مولکولی به نام 5- هیدروکسی سیتوزین را طراحی کردند. زمانی که به سلول های آلوده به HIV که در آزمایشگاه رشد کرده اند، وارد شد،  این مولکول به ژنوم ویروسی و در محلی که شکل طبیعی سیتوزین قرار داشت، وارد شد و در 25 چرخه تکثیر ویروس، جمعیت HIV در آن سلول های آلوده فرو ریخت.

پس از آن محققان شرکتی (داروسازی Koronis ) را تاسیس کردند که KP1212 را تولید می کرد (ترکیبی که 100 برابر جهش زا تر از5- هیدروکسی سیتوزین بود. در یک کارآزمایی بالینی چهار ماهه و شامل 32 نفر، جهش ها در DNA ویروسی بیماران انباشته شد، اما به اندازه کافی نبود تا جمعیت را تحریک کند. همچنین مشخص شد که دارو ایمن است و در DNA خود بیماران جهش ایجاد نمی کند.

مولکول های برشی شکل

در یک مقاله جدید در PNAS، محققان از روش های طیف سنجی پیشرفته برای تجزیه و تحلیل توانایی KP1212 در ترویج توتومریزاسیون (یک پدیده شیمیایی است که شامل مهاجرت پروتون در میان اتم های نیتروژن و اکسیژن در باز های اسید نوکلئیک است) استفاده کردند. این کار به محققان اجازه می دهد تا ببینند زمانی که KP1212 خود را در ژنوم درج می کند، می تواند به پنج شکل مختلف یا توتومر تغییر کند. برخی از آنها با جفت شدن با گوانین رفتاری مانند سیتوزین را دارند. با این حال، برخی از توتومر ها شبیه به تیمین هستند، به طوری که آنها با آدنین جفت خواهد شد، این رفتار نشان دهنده جهش است.

در کسری از ثانیه پنج مولکول در حال تغییر شکل هستند و هر شکل دارای یک ویژگی خاص در جفت شدن بازی دارد.

محققان برای دیدن این تغییر شکل از NMR  و شکلی از طیف سنجی مادون قرمز 2 بعدی استفاده کردندکه توسط Tokmakoff  توسعه پیدا کرد. این تکنولوژی به دانشمندان اجازه می دهد تا ترکیب اتمی و ساختار باز های اسید نوکلئیک را تعیین کنند.

پس از آن محققان با استفاده از یک ابزار ژنتیکی توسعه یافته در آزمایشگاه  Essigmann، مشخص کردند که KP1212 باعث نرخ جهش 10 درصد در ژنوم HIV می شوند. بر اساس این یافته ها، Essigmann  تخمین زند که اگر KP1212 نرخ جهش  HIV را دو برابر  کند، می تواند این ویروس را ظرف یک تا دو سال از بیماران پاک کند.

او می گوید که Koronis  امیدوار است تا مدل آزمایشی خوبی از  KP1212را ارائه دهد و همچنین علاقه مند به توسعه داروهایی است که بتواند با تغییر برخی از ویژگی های شیمیایی مولکول سریع تر عمل کنند و آزمایش کنند که آیا آنها سرعت نرخ جهش را بالا می برند یا خیر؟

این مقاله همچنین عوامل دیگری را مشخص کرد که دانشمندان می توانند به منظور بهبود عملکرد این دارو ها آنها را دستکاری کنند.

به گفته Fedeles متغیرهای مهم دیگری هم برای محاسبه زمان از بین بردن یک ویروس وجود دارد از جمله آنها غلظتی است که دارو برای ورود به داخل سلول نیاز دارد و همچنین توانایی سلول برای تبدیل نوکلئوزید (مولکول بدون فسفات) به نسخه تری فسفات می باشد.

Li  می گوید: ما در حال ایجاد یک استراتژی جدید هستیم که می تواند دیدگاه های جدیدی در مورد نحوه طراحی داروی جدید به ما می دهد. این یک مجموعه ابزار جدید برای توسعه داروهای آینده است. این داروها محدود به HIV نمی شود و می تواند نامزدی برای تب دانگ و یا برخی از ویروس های دیگر مانند تب زرد باشند.

این باور وجود دارد که ریباویرین (داروی مورد استفاده در درمان هپاتین C) و داروی آنفلوانزا T-705  موجب تحریک شدید جهش در ویروس های هدف آنها می شود. تیم MIT همچنین در نظر دارد با Loeb برای آزمایش امکان استفاده از ترکیبات مشابه همکاری کند تا تومور ها را مجبور کنند تا خودشان را برای انقراض به جهش در بیاورند.

منبع : vimb