Vor fünfzehn Jahren , MIT-Professor John Essigmann und Kollegen von der University of Washington hatte eine neue Idee für ein HIV Droge. Sie dachten, wenn sie veranlassen könnte das Virus , sich unkontrolliert zu mutieren , könnten sie ihn mit Gewalt zu schwächen und schließlich aussterben - eine Strategie, die unser Immunsystem gegen viele Viren verwendet .
Die Forscher entwickelten ein solches Medikament, das HIV zu einer erhöhten Rate mutieren , wie erwartet verursacht . Aber es hat den Virus von Patienten in einer kleinen klinischen Studie im Jahr 2011 berichtet, in einer neuen Studie nicht beseitigen , aber Essigmann und seine Kollegen haben den Mechanismus Aktion der Droge , die sie glauben, könnte ihnen helfen, bessere Versionen, die das zerstören würde bestimmt Virus schneller .
Diese Art von Medikament könnte , sagen sie, Beitrag zur Bekämpfung der Rest Virus, das in die T-Zellen von Patienten , deren Erkrankung durch die Triple- Kombination von Medikamenten in der Regel zur Behandlung von HIV in langfristige Remission gebracht worden bleibt . Diese Viren wieder auftauchen regelmäßig , weshalb die Patienten müssen über die Drogencocktailauf unbestimmte Zeit zu bleiben und nicht als "geheilt ".
"Das war wirklich das größte Problem bei HIV ", sagt Essigmann , der William R. und Betsy P. Leitch Professor für Chemie , Toxikologie, und Bioingenieurwesen am MIT. "Wir hoffen, dass über einen längeren Zeitraum auf diese Art der Therapie , eine Person würde potenziell ihre latente Pool in dem Maße , dass es nicht mehr zu einer aktiven Erkrankung mutiert. "
In der neuen Studie , die in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS ) der Woche vom 28. Juli erscheint , entdeckten die Forscher genau, wie das Medikament , als KP1212 bekannt ist, induziert die HIV-Genoms zu mutieren . Führen Autoren des Papiers sind MIT Postdocs Deyu Li, Bogdan Fedeles und Vipender Singh , zusammen mit den letzten MIT PhD-Absolvent Chunte Sam Peng . Essigmann und Andrei Tokmakoff , ein ehemaliger MIT-Professor , der jetzt an der Universität von Chicago, sind leitende Autor des Papiers .
Zu viel Mutation
Nach HIV eine Zelle infiziert , es schnell beginnt Kopien seines genetischen Materials . Das Kopieren ist sehr fehleranfällig , so dass das Virus mutiert schnell . Dies hilft in der Regel das Virus , indem man sie sowohl das Immunsystem und von Menschen verursachten Drogen auszuweichen überleben. Doch auf einer Konferenz in den späten 1990er Jahren , lernte Essigmann von einem Evolutionsbiologen , dass, wenn das Virus könnte gezwungen sein, seine Mutationsrate zu verdoppeln , wäre es nicht mehr in der Lage, funktionelle Proteine zu produzieren.
Essigmann und Lawrence Loeb , Professor für Biochemie an der University of Washington, begann zusammen, um diese Idee zu nutzen. Essigmann hatte entwickelt Verbindungen, die natürlichen Nukleotiden imitieren - die A, C, T und G "Buchstaben" , die DNA-Basenpaare bilden - aber das Erbgut verändern durch Bindung mit dem falschen Partner . Loeb ist ein Experte für Polymerasen , die Enzyme, die String- Nukleotiden zusammen, um DNA oder RNA zu bilden.
Zusammen mit James Mullins , ein Professor der Immunologie und HIV -Experte an der University of Washington, Essigmann und Loeb entwickelt ein Molekül namens 5 - Hydroxycytosin , in einem 1999 PNAS Papier beschrieben . Wenn HIV -infizierte Zellen im Labor gezüchtet gegeben wurde dieses Molekül in das virale Genom anstelle der natürlichen Form von Cytosin eingebaut . Innerhalb von 25 viralen Replikationszyklen , HIV Bevölkerung in diesen infizierten Zellen zusammen.
Die Forscher dann gründete eine Firma , Koronis Pharmaceuticals, die KP1212 , eine Verbindung, die 100-mal mehr mutagen als 5 - Hydroxycytosin entwickelt . In einer klinischen viermonatigen Studie mit 32 Patienten , Mutationen in der Patienten virale DNA angesammelt , aber nicht genug , um eine Bevölkerung Absturz verursachen. Das Medikament wurde auch festgestellt, um sicher zu sein : Es hat nicht mutieren patienteneigenen DNA , zum Teil, weil das Medikament wurde so konzipiert, dass die menschliche Form von DNA-Polymerase konnte es nicht akzeptieren .
Formwandler -Moleküle
Im neuen PNAS Papier , die Forscher advanced Spektroskopietechniken zum KP1212 Fähigkeit Tautomerie eine chemische Phänomen, das die Wanderung von Protonen unter den Stickstoff- und Sauerstoffatomen auf Nukleinsäurebasenumfasst fördern analysieren. Dies ermöglichte es den Forschern , um zu sehen , dass, sobald KP1212 fügt sich in das Genom , kann es fünf verschiedenen Formen , oder Tautomere wechseln. Einige von ihnen verhalten sich wie Cytosin, durch Paarung mit Guanin . Allerdings sind einige der Tautomere ähneln Thymin, so dass sie mit Adenin paaren , die Einführung von Mutationen .
"Die fünf Moleküle verändern sich Form auf einem Nanosekunden- Zeitskala , und jede Form hat eine andere basenpaarenden Eigenschaft , so dass Sie eine Promiskuität in Bezug auf die Grundlagen , mit denen KP1212 Paare finden Sie unter" sagt Singh .
Um diese Form - Verschiebung sehen die Forscher NMR und eine Form von 2D- IR-Spektroskopie durch Tokmakoff entwickelt. Diese Technologie ermöglicht es Wissenschaftlern, die atomare Zusammensetzung und Struktur der Nukleinsäure- Basen zu bestimmen.
Dann, mit einem genetisches Werkzeug in der Essigmann Labor entwickelt , die Forscher festgestellt , dass KP1212 induziert eine Mutationsrate von genau 10 Prozent der HIV-Genoms . Basierend auf diesen Ergebnissen schätzt Essigmann , dass, wenn KP1212 verdoppelt die Mutationsrate von HIV , könnte das Virus von Patienten in ein bis zwei Jahren zu löschen.
Er sagt, dass Koronis hofft auf eine längere Testversion von KP1212 geführt und ist auch an der Entwicklung von Medikamenten , die schneller arbeiten würde , die durch einige der chemischen Eigenschaften des Moleküls zu verändern und testen, ob sie beschleunigen die Mutationsrate erreicht werden kann.
"Diese Technologie ermöglicht es Ihnen, die quantitative Beitrag verschiedener Tautomere zu den Typen und Frequenzen von Fehlpaarungen von Nukleosidanaloga zu erkennen ", sagt Loeb, der in der neuen Papier beteiligt war. "Es würde dir erlauben, vor der Zeit , was macht die Fehlpaarung mit der Verbindung , die Sie verwenden auftreten zu testen. "
Das Papier auch andere Faktoren, die Wissenschaftler könnten zu manipulieren , um die Leistung des Medikaments zu verbessern identifiziert.
" Es gibt noch andere Variablen, die wichtig, die Zeit, die notwendig wäre , um einen Virus auszurotten berechnen ", sagt Fedeles . " Das beinhaltet die Konzentration, die das Arzneimittel benötigt , um in der Zelle zu erreichen, und die Fähigkeit einer Zelle, um das Nukleosid , das Molekül ohne Phosphat, zum Triphosphat -Version, die dem von der Polymerase eingebaut ist konvertieren. "
"Wir bauen eine neue Strategie , die uns eine Menge Einblicke in die , wie ein neues Molekül Design geben kann ", sagt Li . "Es ist eine neue Toolset für die Entwicklung zukünftiger Medikamente. Diese Medikamente sind nicht auf HIV beschränkt. Sie könnten Kandidaten für Dengue sein Fieber Oder einige andere Viren, wie Gelbfieber . "
Ribavirin , ein Medikament zur Behandlung von Hepatitis C , und die Grippe Medikament T -705 sind vermutlich auch Hypermutation in der Zielvirenzu provozieren. Das MIT-Team plant auch, mit Loeb arbeiten, um die Möglichkeit der Verwendung von ähnlichen Verbindungen zu zwingen testen Tumor Zellen , sich in Aussterben mutieren .