Ερευνητές από το Ινστιτούτο Βιοφυσικής Max Planck και το Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης παρατήρησαν για πρώτη φορά πώς ο ιός HIV διεισδύει μέσα από τους πόρους του κυτταρικού πυρήνα στο γενετικό υλικό των ανθρώπινων ανοσοποιητικών κυττάρων.

Οι πρωτεϊνικές κάψουλες των ιών, στις οποίες είναι συσκευασμένο το γενετικό υλικό των παθογόνων, συγκεντρώνονται στους πυρηνικούς πόρους και συμπιέζονται μέσα από αυτούς. Χάρη στο κωνικό τους σχήμα, οι ιοί μπορούν να διαρρήξουν τους δακτυλίους των πόρων και να εισέλθουν στον κυτταρικό πυρήνα. Η ανακάλυψη θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη νέων αναστολέων του HIV.

 Ο ιός της ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας τύπου 1 (HIV-1) επιτίθεται σε σημαντικά κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος και καθιστά τα μολυσμένα άτομα πιο ευάλωτα σε ασθένειες και λοιμώξεις. Μόλις το παθογόνο εισέλθει στα ανθρώπινα κύτταρα, ενσωματώνει το γενετικό του υλικό σε εκείνο του ανθρώπινου ξενιστή. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να αξιοποιήσει τους μηχανισμούς του οργανισμού για να πολλαπλασιαστεί και να εξαπλωθεί η λοίμωξη.

Η κάψουλα του ιού HI-1 περιέχει το γενετικό υλικό του παθογόνου. Αποτελείται από ένα δίκτυο περίπου 200 πρωτεϊνικών εξαμερών και πενταμερών - δομικά πανομοιότυπες ή παρόμοιες πρωτεϊνικές μονάδες που είναι διατεταγμένες με τρόπο παρόμοιο με μια μπάλα ποδοσφαίρου.

Ωστόσο, δεν είναι σφαιρικό, αλλά έχει σχήμα κώνου με ένα στενό και ένα φαρδύτερο άκρο. Για μια επιτυχή μόλυνση, πρέπει τελικά να ανοίξει και να απελευθερώσει τις γενετικές πληροφορίες του ιού στο κύτταρο ξενιστή.

Στην εργασία τους, οι ερευνητικές ομάδες των Martin Beck και Gerhard Hummer από το Ινστιτούτο Βιοφυσικής Max Planck της Φρανκφούρτης και του Hans-Georg Kräusslich από το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Χαϊδελβέργης συνδύασαν την απεικόνιση υψηλής ανάλυσης με εξελιγμένες προσομοιώσεις στον υπολογιστή για να διερευνήσουν την είσοδο των καψιδίων του HIV-1 σε μολυσμένα ανθρώπινα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος, τα λεγόμενα μακροφάγα.

Οι πυρηνικοί πόροι είναι οι φύλακες του ανθρώπινου γονιδιώματος, το οποίο είναι συσκευασμένο στον πυρήνα όλων των κυττάρων. Σχηματίζουν επιλεκτικά κανάλια μέσα από το περίβλημα του πυρήνα και συνδέουν το εσωτερικό του με το κυτταρόπλασμα. Τα κανάλια αυτά είναι γεμάτα με εξειδικευμένες πρωτεΐνες, τις νουκλεοπορίνες FG, οι οποίες λειτουργούν ως πορτιέρηδες στην μπροστινή πόρτα.

Ελέγχουν ποια μόρια μπορούν να εισέλθουν στο κανάλι και ποια πρέπει να παραμείνουν εκτός του κυτταρικού πυρήνα. Ο εισβολέας πρέπει να περάσει από αυτό το φράγμα προκειμένου να παραδώσει το φορτίο του στον κυτταρικό πυρήνα.

Το καψίδιο του HIV το επιτυγχάνει αυτό μιμούμενο τις ιδιότητες των ανθρώπινων πρωτεϊνών. Συνεπώς, προσελκύεται από το κανάλι αντί να αποκλείεται. Ωστόσο, στο ευρύτερο σημείο του, το καψίδιο έχει μέγεθος παρόμοιο με τη διάμετρο του διαύλου των πυρηνικών πόρων.

Το γεγονός αυτό υποστήριζε την αρχική υπόθεση ότι τα καψίδια διαλύονται και απελευθερώνουν το γενετικό υλικό του ιού πριν αυτό φτάσει στον πυρήνα. Ωστόσο, τα νέα ευρήματα δείχνουν ότι το γενετικό υλικό του HIV-1 εισέρχεται στον πυρήνα του κυττάρου με διαφορετικό τρόπο.

Οι ερευνητές κατάφεραν για πρώτη φορά να παρατηρήσουν τα καψίδια του HIV μέσα σε μολυσμένα κύτταρα. Διαπίστωσαν ότι τα καψίδια πρώτα διαπερνούν το κανάλι των πυρηνικών πόρων με τα στενά άκρα τους και στη συνέχεια κινούνται όλο και πιο κοντά στον πυρήνα. Σε αντίθεση με τις προσδοκίες, τα καψίδια δεν παρουσιάζουν σημάδια παραμόρφωσης ή θραύσης στο κανάλι του πυρηνικού πόρου. Αντιθέτως, οι ερευνητές ανακάλυψαν έναν σημαντικό αριθμό πόρων του πυρήνα που είχαν σκάσει μόλις το πλατύ άκρο του καψιδίου είχε διεισδύσει βαθιά στο κανάλι και είχε πλησιάσει τον πυρήνα.

Οι ερευνητές υποθέτουν ότι η είσοδος του καψιδίου στο κανάλι δημιουργεί μια δύναμη που τραβάει τον πόρο σε μεγάλο εύρος μέχρι να σπάσει η δακτυλιοειδής δομή του, όπως ένα καρφί που σπάει την περιβάλλουσα δομή του καθώς οδηγείται προς τα εμπρός. Αυτή η ρήξη προκαλεί τη διεύρυνση του καναλιού και το καψίδιο μπορεί να διεισδύσει στον πυρήνα του κυττάρου.

Οι προσομοιώσεις της διαδικασίας σε υπολογιστή υποστηρίζουν αυτή την υπόθεση: το καψίδιο μπορεί να περάσει μέσα από το κανάλι μόνο αν η διάμετρος του δακτυλίου διευρυνθεί ή αν ο δακτύλιος ραγίσει. Το κωνικό σχήμα της κάψας είναι επομένως πιθανώς απαραίτητο για να διεισδύσει στο κανάλι και να διοχετεύσει το γενετικό υλικό του ιού στο κύτταρο.

Θεραπεία κατά του HIV

Τις τελευταίες δεκαετίες, η κατανόηση και η θεραπεία της λοίμωξης από τον HIV έχει σημειώσει τεράστια πρόοδο. Φέτος, το φάρμακο λενακαπαβίρη, το οποίο εμποδίζει την απελευθέρωση του ιικού γονιδιώματος στο κύτταρο και απέτρεψε αποτελεσματικά τη μόλυνση από τον ιό HIV σε κλινικές δοκιμές, έλαβε από τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA) τον χαρακτηρισμό Breakthrough Therapy Designation για την προφύλαξη πριν από την έκθεση (PrEP) και τιμήθηκε ως Breakthrough of the Year από το περιοδικό Science.

Η λενακαπαβίρη εμποδίζει την εξάπλωση και τη μόλυνση. Ωστόσο, δεν μπορεί να αντιστρέψει την ενσωμάτωση της γενετικής πληροφορίας του ιού στο ανθρώπινο γονιδίωμα και επομένως δεν αποτελεί "θεραπεία". Δεν έχουν γίνει ακόμη πλήρως κατανοητές όλες οι πτυχές της λοίμωξης από τον ιό HIV. Η αποκάλυψη περαιτέρω λεπτομερειών του μηχανισμού θα εξυπηρετήσει τον απώτερο στόχο της εξάλειψης του ιού.

Σύμφωνα με τον πρώτο συγγραφέα Jan Philipp Kreysing, η μελέτη αυτή σηματοδοτεί μια σημαντική στιγμή στην έρευνα για τον ιό HIV, καθώς διευκρινίζει τις μοριακές λεπτομέρειες ενός κρίσιμου βήματος κατά τη διάρκεια της λοίμωξης.

Η λενακαπαβίρη είναι ένα καλό παράδειγμα της σημασίας της βασικής έρευνας στον τομέα αυτό.

Είναι ενδιαφέρον ότι η λενακαπαβίρη σταθεροποιεί ακόμη περισσότερο το καψίδιο του HIV και πιθανότατα το εμποδίζει να ανοίξει εντελώς.

Το κατά πόσον η διάρρηξη του πυρήνα του πόρου δίνει στον ιό ένα αποφασιστικό πλεονέκτημα, όπως η μετάδοση μεγαλύτερου ωφέλιμου φορτίου, παραμένει ένα ανοιχτό ερώτημα.

Πρέπει επίσης να διερευνηθεί περαιτέρω το ερώτημα πώς ανοίγει τελικά το καψίδιο στον πυρήνα για να απελευθερώσει το ιικό γονιδίωμα. Το ερώτημα του τρόπου με τον οποίο ο HIV αλληλεπιδρά με τα μολυσμένα ανθρώπινα κύτταρα παραμένει επομένως ενεργός τομέας έρευνας.

Πηγές:
Ινστιτούτο Max Planck

Ειδήσεις υγείας σήμερα
C. diff : Το ανθεκτικό βακτήριο που προκαλεί διάρροια μεταδίδεται στα νοσοκομεία πιο εύκολα από ότι εκτιμάτο [μελέτη]
​Δυσοσμία στα πόδια: Πώς αντιμετωπίζεται
Πασχαλινό μπαζάρ του Συλλόγου Αυτισμού Λάρισα