دانشمندان کشف کرده‌اند که چگونه جهش‌های ویروس تبخال، آن را در برابر دارو‌ها مقاوم می‌کند.

به گزارش مجله خبری نگار،یک مطالعه جدید به رهبری دانشکده پزشکی هاروارد در مورد ویروس هرپس سیمپلکس (HSV) یکی از راه‌های مقاوم شدن ویروس در برابر درمان را روشن می‌کند. این مشکل ممکن است به ویژه برای افرادی که عملکرد سیستم ایمنی ضعیفی دارند، از جمله افرادی که تحت درمان سرکوب‌کننده سیستم ایمنی قرار می‌گیرند و افرادی که با نقص ایمنی متولد می‌شوند، حادتر باشد.

محققان با استفاده از یک فناوری تصویربرداری پیشرفته به نام میکروسکوپ الکترونی کرایوژنیک (cryo-EM)، دریافتند که نحوه حرکت بخش‌هایی از پروتئین مسئول تکثیر ویروس به موقعیت‌های مختلف می‌تواند حساسیت ویروس را به دارو‌ها تغییر دهد.

این یافته‌ها که در مجله Cell منتشر شده است، به سوالات قدیمی در مورد اینکه چرا برخی از ویروس‌ها، اما نه برخی دیگر، در برابر دارو‌های ضد ویروسی حساس هستند و چگونه ویروس‌ها در برابر دارو‌ها مقاوم می‌شوند، پاسخ می‌دهد. این یافته‌ها می‌تواند رویکرد‌های جدیدی را برای خنثی کردن توانایی ویروس‌ها در پیشی گرفتن از درمان‌های مؤثر ارائه دهد.

محققان مدت‌هاست می‌دانند تغییراتی که در قسمت‌هایی از ویروس که دارو‌های ضد ویروسی به آنها متصل می‌شوند، رخ می‌دهد، می‌تواند آن را در برابر درمان مقاوم کند. اما محققان HMS در کمال تعجب دریافتند که این موضوع اغلب در مورد HSV صدق نمی‌کند.

در عوض، محققان دریافتند که جهش‌های پروتئینی مرتبط با مقاومت دارویی اغلب در مکانی دور از محل هدف دارو رخ می‌دهند. این جهش‌ها شامل تغییراتی هستند که حرکت پروتئین ویروسی یا آنزیمی را که به ویروس اجازه تکثیر می‌دهد، تغییر می‌دهند. این امر این احتمال را افزایش می‌دهد که استفاده از دارو‌ها برای مسدود کردن یا مسدود کردن تغییرات ساختاری این پروتئین‌های ویروسی می‌تواند یک استراتژی موفق برای غلبه بر مقاومت دارویی باشد.

جاناتان آبراهام، نویسنده ارشد مطالعه از موسسه بلاواتنیک در HMS و متخصص بیماری‌های عفونی در بیمارستان بریگام و زنان، گفت: «نتایج ما نشان می‌دهد که باید فراتر از جایگاه‌های معمول اتصال دارو فکر کنیم. این واقعاً به ما کمک می‌کند تا مقاومت دارویی را از دریچه جدیدی ببینیم.»

محققان خاطرنشان کردند که یافته‌های جدید درک ما را از چگونگی تأثیر تغییرات در ترکیب پروتئین ویروسی (یا تغییرات در نحوه حرکت بخش‌های مختلف پروتئین هنگام انجام عملکرد آن) در ایجاد مقاومت دارویی افزایش می‌دهد و ممکن است پیامد‌هایی برای درک اثربخشی دارو و مقاومت دارویی در سایر ویروس‌ها داشته باشد.

ویروس هرپس سیمپلکس (HSV) که تخمین زده می‌شود میلیارد‌ها نفر را در سراسر جهان آلوده می‌کند، بیشتر به عنوان عامل تبخال و تاول شناخته می‌شود، اما می‌تواند باعث عفونت‌های جدی چشم، التهاب مغز و آسیب کبدی در افراد دارای سیستم ایمنی ضعیف نیز شود. HSV همچنین می‌تواند در هنگام زایمان از طریق کانال زایمان از مادر به نوزاد منتقل شود و باعث عفونت‌های تهدیدکننده زندگی نوزادان شود.

ویروس نمی‌تواند به تنهایی تکثیر شود. برای انجام این کار، ویروس‌ها باید وارد سلول میزبان شوند، جایی که ابزار تکثیر خود - پروتئین‌هایی به نام پلیمراز - را آزاد می‌کنند تا از خود کپی بسازند.

مطالعه‌ی حاضر بر روی یکی از این پروتئین‌ها، یعنی DNA پلیمراز ویروسی، متمرکز بود که برای توانایی HSV در تکثیر و گسترش حیاتی است. توانایی انجام وظیفه‌ی آن ریشه در ساختار DNA پلیمراز دارد که اغلب با دستی با سه بخش مقایسه می‌شود: کف دست، شست و انگشتان دیگر که هر کدام عملکرد‌های حیاتی را انجام می‌دهند.

با توجه به نقش آنها در واسطه‌گری تکثیر، این پلیمراز‌ها اهداف حیاتی برای دارو‌های ضد ویروسی هستند که هدف آنها جلوگیری از تکثیر ویروس و متوقف کردن شیوع عفونت است. پلیمراز HSV هدف آسیکلوویر، داروی ضد ویروسی پیشرو برای درمان عفونت HSV، و فوسکارنت، داروی خط دوم مورد استفاده برای درمان عفونت‌های مقاوم به دارو، است. هر دو دارو با تداخل در پلیمراز ویروسی عمل می‌کنند، اما این کار را به روش‌های مختلفی انجام می‌دهند.

دانشمندان مدت‌هاست که در تلاشند تا به طور کامل بفهمند که چگونه تغییرات در پلیمراز، ویروس را در برابر دوز‌های استاندارد دارو‌های ضد ویروسی مقاوم می‌کند و به طور گسترده‌تر، چرا آسیکلوویر و فوسکارنت همیشه در برابر اشکال تغییر یافته پلیمراز HSV مؤثر نیستند.

آبراهام گفت: «در طول سال‌ها، ساختار بسیاری از پلیمراز‌ها از موجودات مختلف مشخص شده است، اما ما هنوز به طور کامل نمی‌دانیم چه چیزی باعث می‌شود برخی از پلیمراز‌ها به دارو‌های خاص حساس باشند و برخی دیگر نه. مطالعه ما نشان می‌دهد که نحوه حرکت بخش‌های مختلف پلیمرازها، که به عنوان دینامیک ساختاری آنها شناخته می‌شود، یک جزء حیاتی از حساسیت نسبی آنها به دارو‌ها است.»

پروتئین‌ها، از جمله پلیمرازها، اجسامی سفت و سخت و بی‌حرکت نیستند. در عوض، انعطاف‌پذیر و پویا هستند. آنها که از اسید‌های آمینه ساخته شده‌اند، در ابتدا به یک شکل سه‌بعدی پایدار که به عنوان ساختار اصلی شناخته می‌شود - ساختار اساسی آنها - تبدیل می‌شوند. اما در نتیجه نیرو‌های اتصال و پراکندگی مختلف، بخش‌های مختلف پروتئین‌ها می‌توانند هنگام تماس با سایر اجزای سلولی و همچنین هنگام قرار گرفتن در معرض تأثیرات خارجی مانند تغییرات pH یا دما، حرکت کنند. به عنوان مثال، انگشتان یک پروتئین پلیمراز می‌توانند مانند انگشتان دست باز و بسته شوند.

دینامیک ساختاری - توانایی بخش‌های مختلف یک پروتئین برای حرکت - به آنها اجازه می‌دهد تا با تعداد محدودی از ترکیبات، عملکرد‌های مهم بسیاری را به طور مؤثر انجام دهند. درک بهتر دینامیک ساختاری پلیمراز، حلقه گمشده بین ساختار و عملکرد است، از جمله اینکه آیا یک پروتئین به یک دارو پاسخ می‌دهد و اینکه آیا ممکن است در آینده در برابر آن مقاوم شود یا خیر.

بسیاری از مطالعات ساختاری، DNA پلیمراز‌ها را در انواع مختلف ساختار‌ها پوشش داده‌اند. با این حال، درک دقیقی از چگونگی تأثیر دینامیک ساختار پلیمراز بر مقاومت دارویی وجود ندارد. برای حل این معما، محققان مجموعه‌ای از آزمایش‌ها را با تمرکز بر دو ساختار رایج پلیمراز - باز و بسته - انجام دادند تا مشخص کنند که چگونه هر یک بر حساسیت دارویی تأثیر می‌گذارند.

ابتدا، با استفاده از cryo-EM، آنها تجزیه و تحلیل ساختاری را برای به دست آوردن تجسم‌های با وضوح بالا از ساختار‌های اتمی پلیمراز HSV در چندین ترکیب، و همچنین هنگامی که به دارو‌های ضد ویروسی آسیکلوویر و فوسکارنت متصل می‌شوند، انجام دادند. ساختار‌های متصل به دارو نشان داد که چگونه این دو دارو به طور انتخابی به پلیمراز‌هایی متصل می‌شوند که احتمال بیشتری برای پذیرش یک ترکیب نسبت به ترکیب دیگر دارند. یکی از داروها، فوسکارنت، با به دام انداختن انگشتان پلیمراز DNA عمل می‌کند به طوری که آنها در چیزی که پیکربندی بسته نامیده می‌شود، گیر می‌کنند.

علاوه بر این، تجزیه و تحلیل ساختاری همراه با مدل‌سازی کامپیوتری نشان داد که چندین جهش دور از محل‌های اتصال دارو، با تغییر موقعیت انگشتان پلیمراز که مسئول بستن دارو برای توقف تکثیر DNA هستند، مقاومت در برابر دارو‌های ضد ویروسی را ایجاد می‌کنند.

این کشف یک تغییر شگفت‌انگیز بود. تاکنون دانشمندان تصور می‌کردند که پلیمراز‌ها وقتی به DNA متصل می‌شوند، فقط تا حدی بسته می‌شوند و فقط وقتی یک واحد سازنده DNA، یک دئوکسی نوکلئوتید، اضافه می‌کنند، کاملاً بسته می‌شوند. اما معلوم شد که پلیمراز HSV می‌تواند فقط با قرار گرفتن در نزدیکی DNA کاملاً بسته شود. این امر باعث می‌شود که آسیکلوویر و فوسکارنت راحت‌تر به پلیمراز بچسبند و مانع از کار آن شوند و در نتیجه تکثیر ویروس متوقف شود.

دونالد کوهن، استاد شیمی زیستی و داروشناسی مولکولی در HMS و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: «من ۴۵ سال است که روی پلیمراز HSV و مقاومت به آسیکلوویر کار می‌کنم. در آن زمان، فکر می‌کردم جهش‌های مقاومتی به ما کمک می‌کنند تا بفهمیم که چگونه پلیمراز ویژگی‌های مولکول‌های طبیعی را که دارو‌ها تقلید می‌کنند، تشخیص می‌دهد. خوشحالم که این کار اشتباه مرا نشان می‌دهد و بالاخره حداقل یک دلیل روشن به ما می‌دهد که چرا پلیمراز HSV به طور انتخابی توسط یک دارو مهار می‌شود.»