Forschungsergebnisse bringen die Wissenschaftler ein Schritt näher an der Prävention von HIV-Infektionen

Das Wahrzeichen Finden, Wird Das Künftige Drug Design

In einem lange erwarteten, zu finden, ein team von chinesischen und US-Wissenschaftlern hat festgestellt, die hohe Auflösung der atomaren Struktur einer Zelle Oberfläche rezeptor, dass die meisten HIV-Stämme zu verwenden, um in menschliche Immunzellen. Die Forscher zeigten auch, wo maraviroc, ein HIV-Medikament, Attachés zu den Zellen und Blöcke HIV-Eintrag.

„Diese strukturellen details, die uns helfen sollen, besser zu verstehen, wie genau die HIV-Zellen infiziert, und wie wir es besser machen können, bei der Blockierung, der Prozess mit der nächsten generation Drogen“, sagte Beili Wu, PhD, professor am Shanghai Institute of Materia Medica (SIMM) der chinesischen Akademie der Wissenschaften. Wu war der senior investigator für die Studie, veröffentlicht in Science Express am September 12, 2013.

Die neue Science-Express Studie zeigt die Struktur des CCR5 zelloberflächenrezeptor, der die meisten HIV-Stämme zu verwenden, geben Sie in menschliche Immunzellen ein. Dieses Bild zeigt das HIV-Medikament maraviroc grabbing halten Sie von CCR5 in einer inaktiven Konformation, die verhindert, dass HIV von der mit dem rezeptor in die Zellen eindringen. (Mit freundlicher Genehmigung des Wu-Labor, SIMM.)

Die Studie, die sich auf den CCR5-rezeptor, wurde unterstützt von US-amerikanischen und chinesischen Forschungsförderung. „Internationale Zusammenarbeit wie diese sind zunehmend erforderlich, große Probleme zu lösen in der Wissenschaft,“ sagte Studie co-Autor Raymond C. Stevens, PhD, professor an Der Scripps Research Institute (TSRI) in Kalifornien. „Nun, wir haben sowohl human CXCR4-und CCR5-HIV-co-rezeptor-drei-dimensionale Strukturen, ist es wahrscheinlich wir sieht die nächste generation von HIV-Therapeutik.“

Ein Wichtiges Ziel

Der CCR5-rezeptor ist einer der begehrtesten Ziele für die neue anti-HIV-Medikamente. Obwohl die AIDS-verursachende virus wurde ursprünglich in entdeckt infizieren Zellen über einen anderen rezeptor, CD4, fanden die Forscher im Jahr 1996, dass die HIV-Infektion erfordert ebenfalls ein co-rezeptor—in der Regel CCR5, die sitzt neben CD4 auf einer Vielzahl von Zellen des Immunsystems.

CCR5 ist wichtig für eine HIV-Infektion wird durch die Tatsache Unterstrichen, dass bestimmte genetische Varianten, es kann drastisch erhöhen oder senken die HIV-Infektion das Risiko, sowie die Geschwindigkeit des Krankheitsverlaufes nach Infektion. Ein verkürztes CCR5-Variante, gefunden in ungefähr 10 Prozent der Europäer, nicht ausgedrückt an alle, die auf immun-Zell-Oberflächen—und Menschen, die produzieren nur diese Variante sind nahezu unverwundbar HIV-Infektion.

Die Wissenschaftler haben daher versucht, zu entwickeln, die anti-HIV-Medikamente blockieren die virus-Bindung an CCR5 oder anderweitige Umwandlung der rezeptor inaktiv. Doch nur eine Handvoll von CCR5-Hemmung der verbindungen wurden so weit entwickelt—und niemand weiß genau, wie Sie funktionieren. „Eine Sache, die wir haben, fehlte, ist eine hochauflösende molekulare ‚Bild‘ von den CCR5-rezeptor-Struktur, die wir nutzen können für präzise drug design,“ sagte Wu.

Ein Sechs-Jahres-Quest

Wu kam zu dem Stevens-Labor an TSRI im Jahr 2007 die Durchführung postdoktoraler Forschung auf den beiden HIV co-Rezeptoren, CCR5-und den alternativen HIV-co-rezeptor CXCR4. Eine Minderheit der HIV-Stämme verwenden CXCR4 statt CCR5 als co-rezeptor mit CD4-für Ihre ersten infiltration von Zellen.

„Ihr Ziel war von Anfang an, um zu bestimmen, die Strukturen und verstehen die Funktionen dieser beiden HIV co-Rezeptoren, und Sie war sehr bestimmt, das war inspirierend“, sagte Stevens.

Wu verbrachte Ihre Postdoc-Jahren mit Fokus auf CXCR4, die früher weniger technische Herausforderungen als CCR5. Ihre bahnbrechende Studie des CXCR4-Struktur wurde in „Science“ veröffentlicht im Jahr 2010. Nach dem Umzug zurück nach China zu starten Ihr eigenes Labor an SIMM, Sie wieder an das „unfinished business“ der CCR5-Struktur.

Sowohl CCR5 und CXCR4 gehören zu einer großen Familie von Zell-Rezeptoren, bekannt als G-protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs). GPCRs sind notorisch schwer zu produzieren, in den nützlichen Mengen für strukturelle Analyse. Mit Ihren floppy-Strukturen, Sie sind auch sehr schwer wieder in das geordnete, solide Besetzungen der einzelnen Moleküle—“Kristalle“—benötigt für die Strukturaufklärung durch die Röntgenstrukturanalyse. Schließlich, jedoch, mit Hilfe von Erkenntnissen, die während der CXCR4-Projekts, Wu, als ein neuer professor, und Ihr junges team von Studenten eine neuartige „Fusions-partner“ – Molekül, das würde halten CCR5-Proteine zusammen genug, um die form verwendbar Kristalle, zusammen mit den Bemühungen des computational modeling compound-Synthese und Zell-Signalisierung-assays von dres. Hualiang Jiang, Hong Liu Xin Xie Gruppen an SIMM, führte zu der Strukturbestimmung von CCR5.

Wie in den meisten rezeptor-Struktur-Projekte, Wu und Ihre Kolleginnen und Kollegen weiter stabilisiert CCR5 mit einer Verbindung, die bekannt ist, zu binden, in diesem Fall die Pfizer-Medikament maraviroc (verkauft unter dem Markennamen Selzentry® oder Celsentri® ausserhalb der USA). Vermarktet für die HIV-Infektion seit 2007, maraviroc, packt CCR5 in einer Weise, die verhindert, dass HIV von der Verwendung der rezeptor in Zellen zu bilden. „Maraviroc wurde gedacht, um die Sperre CCR5 in einer inaktiven Konformation, und so wollten wir ’sehen‘, dass die Konformation mit hoher Auflösung,“ sagte Wu.

Die daraus resultierende Kristallographie Daten zur Verfügung gestellt, die feinkörnige Bild von CCR5 – HIV-resistente Konformation. Die Daten zeigten auch maraviroc die genaue Bindungsstelle auf CCR5—eine Website, von der der Droge, Molekül deutlich beeinflusst, wie der rezeptor funktioniert, auch wenn Sie getrennt von den Standorten auf den rezeptor, die gedacht werden, um verwendet durch HIV. Der maraviroc-Bindungsstelle unterscheidet sich auch von der Website verwendet werden, durch die CCR5-Natürliche Bindung-Partnern, eine Reihe von immun-Proteine, die sogenannten chemokine. Maraviroc erscheint somit die Arbeit gegen HIV-indirekt—nicht durch physisch blockieren den virus, aber durch sperren der rezeptor-Struktur in einem HIV-und Kleinschreibung Konformation.

„Strukturelle details bieten kann enormen Einblick in die Funktionsweise der Proteine und Arzneimittel, auch bei der Entwicklung von Therapeutika“, sagte Peter Preusch, PhD, von der National Institute of General Medical Sciences, die halfen, die Forschung finanzieren, zusammen mit einer anderen Komponente von den National Institutes of Health, das Nationale Institut der Allergie und Infektionskrankheiten. „Diese Studie liefert Erkenntnisse über die Interaktionen zwischen maraviroc und CCR5, ein Ziel für anti-HIV-Therapie, die hilft uns zu verstehen, wie das Medikament wirkt, auf der molekularen Ebene und konnte damit eine weitere Erkundungen der HIV-Biologie und Ansätze zur Verbesserung der Medikamente, die auf diese Interaktionen.“

Nützliche Einblicke

Vergleich der CCR5-Struktur mit der zuvor ermittelten CXCR4-Struktur ebenfalls vorhanden Hinweise ein wichtiger Aspekt der HIV-evolution bei Infektionen. Die meisten HIV-Infektionen beginnen mit nur CCR5 als co-rezeptor für die Zell-Eintrag, aber in der Zeit wird das virus oft schaltet seinen co-rezeptor-Verwendung von CCR5 zu CXCR4. Das eröffnet mehr Zelltypen, um HIV-Infektion und die weitere Ausbreitung des virus im Körper haftet, um die Geschwindigkeit des Fortschreitens der Erkrankung hin zu full-blown AIDS und Tod.

Die neuen Daten deuten darauf hin, dass die Unterscheidung zwischen CCR5 und CXCR4 als co-Rezeptoren für HIV-Infektion reduziert sich auf relativ subtile Unterschiede in der strukturellen Formen und elektrischen ladungsverteilungen in der HIV-bindende region—Unterschiede, die für Sie von Interesse sein HIV-Medikamenten-Entwickler.

„Wohl wissend, dass die CXCR4-Struktur-und jetzt der CCR5-Struktur auf dieser Ebene der detail sollte beschleunigen die Entwicklung von Drogen, die blockieren kann HIV durch den Einsatz dieser co-Rezeptoren“, sagte Wu.

Sie und Ihre Kollegen planen nun, follow-up mit strukturellen Untersuchungen der CCR5-und CXCR4 in Komplex mit der HIV envelope protein gp120 und CD4 zu erhalten noch mehr informativen Abbildungen des Prozesses der Virusinfektion.

Schon bald nach der Strukturaufklärung von CCR5, SIMM durchgeführt structure-based drug design und hat bereits mehrere Drogen-Blei-verbindungen mit potenter antiviraler efficacies als maraviroc, die weiter beweist die Bedeutung der CCR5-Struktur auf die Entwicklung der HIV-theraputics.

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