Wetenschap
Onderzoekers suggereren dat mechanische druk een belangrijke gebeurtenis in de HIV-infectie veroorzaakt
Het is meer dan 40 jaar geleden sinds het begin van de HIV/AIDS-epidemie en wetenschappers begrijpen nog steeds niet volledig hoe HIV menselijke cellen binnendringt en zich vermenigvuldigt, wat de ontwikkeling van behandelingen heeft belemmerd.
Nieuw onderzoek door een team van natuurkundigen onder leiding van professor Mark Williams aan de Northeastern University werkt aan een oplossing.
Er bestaat geen geneesmiddel tegen HIV, het virus dat AIDS veroorzaakt, maar er zijn behandelingen die de hoeveelheid HIV in het lichaam van een patiënt kunnen verminderen en het virus onder controle kunnen krijgen.
Het team van Williams heeft onlangs een sleutelmechanisme in de infectie van cellen bevestigd dat tot betere medicijnen zou kunnen leiden.
"Het doel van dit onderzoek is om de [retrovirale] levenscyclus veel beter te begrijpen, zodat betere medicijnen tegen HIV kunnen worden ontwikkeld", zegt Williams. "En dit is een groot deel van de levenscyclus van de aanval met medicijnen."
In de studie, uitgevoerd door het team van Williams in samenwerking met Vinay Pathak en onderzoeksbioloog Ryan Burdick in zijn laboratorium van het National Cancer Institute, werd gekeken naar het proces van ‘uncoating’ – wanneer het virale DNA uit de oorspronkelijke HIV-capside-omhulling breekt heeft een cel ingevoerd.
Wat het ontcoatingsproces veroorzaakte, was voorheen onbekend. Men geloofde, zegt Williams, dat sommige virale of gastheerfactoren dat proces in gang hadden gezet.
Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in Science Advances , laat zien dat het verwijderen van de coating een natuurlijk proces kan zijn waarbij mechanische druk wordt opgebouwd en ervoor zorgt dat de eiwitomhulling rond het HIV-genoom openbreekt, een theorie die voor het eerst werd voorgesteld door medewerker Ioulia Rouzina van de Ohio State University.
Een van de belangrijkste bevindingen van het onderzoek is dat het virale DNA groter moet zijn dan een bepaalde minimumgrootte om voldoende druk op de schaal te creëren. Ryan Burdick merkte op dat virussen met te weinig DNA gastheercellen niet kunnen ontmantelen en infecteren, terwijl Northeastern onderzoeksmedewerker Michael Morse aantoonde dat viraal nucleocapside-eiwit het DNA condenseert om voortijdige ontmanteling te voorkomen.
Door te begrijpen waar en hoe het uncoating plaatsvindt, zegt Williams, ontstaat de mogelijkheid om medicijnen te gebruiken en de stabiliteit van de eiwitomhulling of het uncoatingproces zelf te beïnvloeden.
"Want uncoating is essentieel voor de besmettelijkheid", zegt hij.
HIV, of het humaan immunodeficiëntievirus, is een retrovirus dat AIDS veroorzaakt.
Als retrovirus gebruikt HIV ribonucleïnezuurmoleculen, of RNA, als drager van genomische informatie. Dit RNA wordt omgezet in viraal DNA dat later integreert in het DNA van een gastheercel. De geïnfecteerde cel produceert vervolgens meer HIV-retrovirussen die andere cellen infecteren.
HIV wordt overgedragen via direct contact met met HIV geïnfecteerde lichaamsvloeistoffen, zoals bloed, sperma en vaginaal vocht, of door een moeder die HIV heeft op haar kind tijdens de zwangerschap, bevalling of borstvoeding.
Het virus komt een menselijke cel binnen als een celvrije kegelvormige virale kern die bestaat uit een eiwitomhulsel, capside genaamd.
De HIV-kern bevat het virale genoom:twee kopieën van RNA; nucleocapside-eiwit, een viraal eiwit dat helpt het genoom in een gesloten holte te verpakken; en nog een paar andere eiwitten.
Een viraal DNA wordt gegenereerd door een omgekeerde transcriptie van het virale RNA. Vervolgens moet het nieuw gesynthetiseerde virale DNA uit de eiwitomhulling breken.
Williams vergelijkt het virale RNA met een flexibele draad, terwijl het virale DNA als een stijve draad is die druk uitoefent op de eiwitomhulling. Als de druk die door het DNA wordt gecreëerd de schil te snel breekt, zal het HIV-genoom vrijkomen in het cytoplasma, de gelatineuze vloeistof die de binnenkant van de gastheercel vult, en door het immuunsysteem van de cel worden vernietigd voordat het de celkern bereikt. die zijn DNA bevat.
De wetenschappers moesten voor het huidige onderzoek veel experimenten doen, zegt hij, om erachter te komen dat nucleocapside-eiwitten niet alleen aan het virale DNA binden, maar ook aan het RNA zodra het conversieproces is begonnen.
"Het RNA-genoom is er nog steeds als je het DNA van dat genoom maakt", zegt Williams. "Dus je hebt de hoeveelheid DNA en RNA in het virus verhoogd, en het feit dat er niet genoeg nucleocapside-eiwit in de capside zit om al het virale DNA en RNA te condenseren is wat de ontmanteling lijkt te veroorzaken."
Dit mechanisme was behoorlijk verrassend, zegt Williams, maar het is fysiek wel zinvol.