Ученые обнаруживают механизм, посредством которого ВИЧ определяет судьбу и функцию клеток

        

Стволовая клетка – одна с бесконечными возможностями. Таким образом, на протяжении десятилетий ученые озадачивались тем, как клетка решает сохранить стволовые клетки и продолжать делиться, или специализироваться на конкретном типе клеток, таких как сердце или клетка мозга.

Тот же тип решения принимается ВИЧ. Когда вирус заражает клетку, он может либо включаться, либо начинать умножение, либо выключать, чтобы он мог скрываться в ячейке до более поздней даты.

«Биология может хеджировать свои ставки таким же образом, как вы могли бы диверсифицировать финансовые вложения», – объяснил Леор С. Вайнбергер, доктор философии, Уильям и Уте Боуз, заслуженный профессор и директор Центра клеточной циркуляции в институтах Гладстона. «Диверсификация инвестиций путем размещения некоторых фондов в высокорисковых высокодоходных фондах и других с низким уровнем риска сберегательных счетов с низким уровнем дохода помогает защитить от волатильности на рынке. Аналогичным образом, ВИЧ покрывает свои базы в изменчивой среде, генерируя как активные и бездействующие инфекции ».

Но если ВИЧ случайно переключается между этими двумя судьбами, как это когда-либо совершается, чтобы оставаться в одном состоянии? Лаборатория Вайнбергера теперь ответила на этот давний вопрос и потенциально раскрыла, как биологические системы принимают такие решения. Их результаты опубликованы сегодня в знаменитом научном журнале Cell .

Вирусная система обеспечивает ее преимущество

ВИЧ помогает поддерживать как активное состояние, так и состояние покоя или скрытое состояние.

Активное состояние позволяет вирусу распространяться и заражать больше клеток, тогда как вирус в скрытом состоянии может выжить в течение длительного времени. Хотя активный вирус можно убить противовирусными препаратами, скрытый вирус находится в ожидании и может быстро реактивироваться, когда наркотики прекращаются. Поскольку скрытый вирус нельзя лечить с помощью современных методов лечения, он представляет собой основное препятствие для лечения ВИЧ.

Команда Вайнбергера ранее показала, что ВИЧ генерирует эти две категории инфекции, используя случайные колебания в экспрессии генов.

«Даже если две клетки генетически идентичны, можно производить большое количество белка, тогда как другое может производить гораздо меньшее количество», – сказал Майк Хансен, аспирант в лаборатории Вайнбергера и один из первых авторов изучение. «Эти случайные флуктуации, называемые шумом, могут определять судьбу и функцию клетки. ВИЧ использует шум для создания как активного, так и скрытого вируса».

Чтобы выразить свои гены, ВИЧ использует механизм, известный как альтернативное сращивание, что по сути позволяет вирусу разрезать части своего генома и упорядочить их в разных комбинациях. Наблюдая за отдельными клетками с течением времени, исследователи обнаружили, что ВИЧ захватывает экзотическую форму сплайсинга для настройки случайного шума. Эта настройка шума определяет, будет ли вирус оставаться стабильно активным или скрытым.

«Мы обнаружили, что ВИЧ использует особенно неэффективную форму сращивания для контроля шума», – добавил Хансен. «Удивительно, но если бы он работал эффективно, этот механизм мог бы производить гораздо менее активный вирус. Но, по-видимому, тратя энергию из-за неэффективного процесса, ВИЧ может фактически лучше контролировать свое решение оставаться активным».

Команда Вайнбергера использовала комбинацию математического моделирования, визуализации и генетики, чтобы показать, что этот тип альтернативного сплайсинга происходит после транскрипции, в ходе которой генетическая информация в ДНК копируется в молекулу, называемую РНК. Ранее ученые считали, что сращивание происходит одновременно с транскрипцией. Это исследование представляет собой первую функцию для посттранскрипционного сращивания.

Неиспользованные цели для стратегий лечения ВИЧ

Исследование показывает, что ВИЧ сохранял крайне неэффективный процесс по назначению, и, исправив его, ученые могли значительно повредить вирус. Эти результаты могут выявить неизведанные цели для разработки новых стратегий лечения ВИЧ.

«Схема сращивания может дать нам возможность терапевтически атаковать вирус по-другому», – сказал Вайнбергер, который также является профессором фармацевтической химии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. «Некоторое время были предложения« заблокировать »ВИЧ в латентности и« блокировать »его от реактивации, но как это сделать было неясно».

Исследователи могут теперь иметь возможность постоянно заставлять ВИЧ возвращаться в латентность, используя схему сращивания вируса и добиваясь «блокировки и блокирования» терапии.

Открывая новый фундаментальный механизм, это исследование также имеет более широкие последствия в биологии. Неэффективное сращивание, вероятно, происходит в 10-20 процентах генов. Таким образом, эта схема обычно может быть использована для сведения к минимуму случайных колебаний экспрессии генов и может объяснить, как стабилизируются другие биологические решения.

Источник:

https://gladstone.org/about-us/press-releases/discovery-how-hiv-hedges-its-bets-opens-door-new -therapies

      

Source link