Первая высокоразрешенная структура ключевого белка вируса герпеса открывает путь к новым противовирусным препаратам
Международная исследовательская группа определила первые высокоразрешенные структуры белка, связывающего начало репликации (OBP) вируса простого герпеса — критического компонента репликации вирусной ДНК, который ускользал от структурной характеристики в течение четырёх десятилетий. Результаты, опубликованные в Nucleic Acids Research, раскрывают неожиданные механизмы инициации репликации ДНК вирусом и выявляют несколько многообещающих мишеней для противовирусных препаратов следующего поколения.
С помощью криоэлектронной микроскопии (cryo-EM) исследователи из Каролинского института, Гётеборгского университета и Центра структурной системной биологии в Гамбурге получили детальные снимки OBP с разрешением до 2.8 Å. Структуры показывают белок в нескольких функциональных состояниях — связанным с вирусными последовательностями начала репликации ДНК и в комплексе с аналогом АТФ — что даёт беспрецедентное понимание самых ранних стадий репликации вируса герпеса.
«Это особенно важно, потому что современные методы лечения HSV-1 почти исключительно нацелены на вирусную ДНК-полимеразу, и мы наблюдаем растущую устойчивость к этим препаратам, особенно у пациентов с иммунодефицитом», — сказал автор-корреспондент Мартин Халльберг из отдела клеточной и молекулярной биологии Каролинского института. «OBP представляет собой совершенно новую мишень, которая действует ещё раньше в жизненном цикле вируса, до того, как рекрутируется полимераза».
Неожиданная архитектура раскрывает регуляторные механизмы
Структуры выявили несколько сюрпризов. Вместо ранее предложенной организации OBP образует димер «голова-к-хвосту» с уникальным регуляторным механизмом: крайний C-конец каждой молекулы белка проходит через своего партнёра, располагаясь рядом с АТФ-связывающим карманом. Это объясняет давний парадокс — почему делеция этого региона усиливает хеликазную активность, но снижает общую эффективность репликации.
«C-конец, по-видимому, действует как внутренний тормоз хеликазной активности, — пояснил первый автор Эмиль Густавссон из CSSB. — Когда вирусный одноцепочечный ДНК-связывающий белок ICP8 связывается с OBP, он, вероятно, высвобождает этот тормоз, координируя переход от распознавания начала репликации к активному расплетанию ДНК».
Выявлены множественные мишени для лекарств
Высокоразрешенные структуры идентифицируют несколько потенциальных сайтов для разработки противовирусных препаратов. Уникальный мотив связывания ДНК, распознающий вирусные начала репликации, представляет одну перспективную мишень, так как он необходим вирусу для определения места начала репликации. Интерфейс димера, необходимый для стабильности и функции белка, предлагает ещё один путь для вмешательства.
Кроме того, регион связывания ICP8, регулирующий хеликазную активность, можно нацелить, чтобы нарушить координацию между вирусными белками. Возможно, наиболее интригующе то, что структуры раскрывают необычную конфигурацию АТФ-связывающего кармана, отличающуюся от других хеликаз, что потенциально позволяет разрабатывать высокоспецифичные ингибиторы.
«Мы, по сути, предоставили молекулярный план для дизайна лекарств, — сказал соавтор Пер Элиас из Гётеборгского университета. — Эти разнообразные варианты таргетирования могут помочь преодолеть механизмы устойчивости и потенциально даже предотвратить реактивацию вируса из латентного состояния, и, что, возможно, не менее важно, мы теперь сможем точно изучать регуляторные особенности вирусной репликации ДНК во время латентности и литической репликации».
Значение для пациентов с онкологическими заболеваниями
Потребность в альтернативных методах лечения является насущной, учитывая, что примерно 70% населения мира являются носителями HSV-1, а симптомы варьируются от простуды на губах до потенциально смертельного энцефалита. Появление лекарственно-устойчивых штаммов, особенно у пациентов с иммунодефицитом, сделало разработку новых противовирусных препаратов приоритетной.
Проблема особенно остра для онкологических пациентов, проходящих химиотерапию или трансплантацию костного мозга, где иммуносупрессия, вызванная лечением, часто провоцирует реактивацию латентных герпесвирусов, создавая дополнительную нагрузку для этих уязвимых пациентов. Когда у пациентов с иммунодефицитом возникает лекарственная устойчивость, клиницисты часто вынуждены прибегать к менее эффективным или более токсичным альтернативам, таким как фоскарнет, что подчёркивает острую необходимость в новых терапевтических вариантах.
В настоящее время также существует значительный интерес к потенциальной роли нейротропных герпесвирусов, таких как вирус простого герпеса и вирус ветряной оспы, в развитии нейродегенеративных заболеваний. Новые препараты, направленные на предотвращение реактивации герпесвирусов из латентного состояния, могут предложить альтернативы для профилактики и лечения этих разрушительных состояний.
Структурные координаты, карты cryo-EM и исходные данные депонированы в Protein Data Bank, Electron Microscopy Data Bank и Electron Microscopy Public Image Archive для использования научным сообществом.