Kulcsfontosságú lépés az AIDS ellen

Az AIDS-vírust a sejtjeinkbe juttató CCR5 atomi szintű szerkezetének megismerése utat nyit a HIV-ellenes gyógyszerek új generációjának kifejlesztése felé.

A humán immundeficiencia-vírus (HIV) életciklusa azzal veszi kezdetét, hogy a vírusrészecske külső burka egy végzetes "ölelésben" összeforr a gazdasejt sejthártyájával. E döntő pillanat megpecsételi az áldozatul esett immunsejt sorsát: a sikeres fúziót követően a vírus beléjuttatja örökítőanyagát, amely a sejtmagba kerülve akár évekig szunnyadhat, hogy aztán hosszú álmából felébredve újabb vírusrészecskéket termeljen, és elpusztítsa gazdáját.

Nem csoda, hogy a HIV-ellenes gyógyszerek elsődleges céljai közé tartozik a vírus és gazdasejtje közötti összeolvadás a gátlása. (A napjainkban alkalmazott HIV-ellenes terápia stratégiáiról keretes írásunkban olvashat.) Az AIDS felbukkanása óta intenzív kutatás tárgyai azok a fehérjemolekulák, amelyek egyfelől a vírusrészecske, másfelől a gazdasejt részéről aktívan részt vesznek a fúziós folyamatban. Ahhoz, hogy az összeolvadást gyógyszeresen gátolni lehessen, atomi léptékű felbontásban meg kell ismerni a benne szereplő fehérjék szerkezetét, mert csak így lehet olyan molekulákat tervezni, amelyek valamelyik partnerhez kötődve blokkolják a vírus-gazdasejt kapcsolatot. Míg a vírus kritikus burokfehérjéjének nagyfelbontású szerkezete már jó ideje rendelkezésre áll, a HIV áldozatául eső immunsejtek érintett felszíni fehérjéi, a normálisan a sejt-sejt kommunikációban szereplő CXCR4 és a CCR5 jelű kemokin-receptorok mindeddig nem adták meg magukat az elemzésnek. Ez részben e fehérjék sajátos, igen hajlékony szerkezetével magyarázható, amely megnehezíti, hogy az atomi felbontást biztosító röntgenkrisztallográfiás eljárás számára belőlük apró kristályokat állítsanak elő.

A CCR5 és a CXCR4 receptorok rajza Forrás: Image courtesy of the Wu lab

Ezen az áldatlan helyzeten változtatott egy kínai és amerikai tudósokból álló kutatócsoport, akik megtalálták a kulcsot előbb a CXCR4, majd legújabban a CCR5 vizsgálatához, és meghatározták mindkét fehérje atomi felbontású szerkezetét. A Science-ben frissen közölt cikkükben leírják, hogy CCR5-öt már a terápiás gyakorlatban lévő gátlószerével, a maraviroc-kal együtt kristályosították ki, így munkájukkal nemcsak magának a receptornak a szerkezetére, de a maraviroc pontos kötőhelyére és hatásmechanizmusára is fényt derítettek.

A tudományos közösség régóta várt erre az eredményre. A természetes HIV-variánsok tanulmányozásából, valamint maraviroc-kal és hasonló szerekkel kezelt betegek megfigyeléséből ismeretes volt, hogy a vírus váltogatva képes a CXCR4-et és a CCR5-öt használni a gazdasejtbe lépéshez, és ha egy csak az egyik vagy másik receptort gátló szerrel akadályozzák, hajlamos átváltani a másik belépési út használatára – és így kicsúszni a gyógyszer hatása alól. A CXCR4 és a CCR5 nagyfelbontású szerkezeteinek együttes ismeretében viszont már olyan gyógyszermolekulák tervezésére is lehetőség nyílik, amelyek bezárják ezt a kiskaput, és mindkét utat egyszerre vágják el a HIV elől.

A mostani áttörést korábbi kutatási eredmények hosszú sora előzte meg. Időbe tellett az is, míg egyáltalán kiderült, hogy a HIV elsőként azonosított partnere, a szintén többféle immunsejten feltűnő CD4 receptor mellett az összeolvadáshoz más gazdasejt-eredetű sejtfelszíni fehérjék is szükségesek. A CCR5 ilyen funkciója csak 1996-ban, tehát jó egy évtizeddel az intenzív HIV-kutatás megindulása után vált bizonyítottá.

Viracept AIDS-gyógyszer Forrás: AFP/Evaristo Sa

Hogy a CCR5 receptor mennyire fontos szerepet tölt be a HIV-fertőzésben, azt alátámasztja a megfigyelés, miszerint egyes emberek, akik örökletesen a CCR5 egyes módosulatait hordozzák, fokozott, vagy éppen csökkent fogékonyságot mutatnak a HIV-re nézve, és ha megfertőződnek, a betegség lefolyása is eltér bennük a megszokottól. A CCR5 egy csonka változata, amely az európai népesség kb. 10 százalékában található meg, egyáltalán nem jelenik meg az immunsejtek felszínén – és azok, akik kizárólag ezzel a variánssal rendelkeznek, szinte teljes védettséget élveznek a HIV-fertőzéssel szemben. Amióta ez ismeretes, a tudósok folyamatosan próbálkoznak olyan HIV-ellenes szerek kifejlesztésével, amelyek megakadályozzák a vírus és a CCR5 közötti kapcsolat létrejöttét, vagy más módon teszik működésképtelenné a receptort. Ennek ellenére mindmáig alig néhány CCR5-gátlószert sikerült előállítani, és azok működési mechanizmusát sem ismerte pontosan senki. Mind az új szerek tervezéséhez, mind a létezők megértéséhez hiányzott eddig az a nagyfelbontású molekuláris „képmás”, amelyet a Science-cikk szerzői most előállítottak.

A kutatás motorja Beili Wu, a Kínai Tudományos Akadémia sanghaji Orvosi Anyagtudományi Intézetének professzora volt, aki az elmúlt hat évben fáradhatatlanul dolgozott a probléma megoldásán. A kutatónő 2007-ben érkezett a kaliforniai Scripps Research Institute-ba, Raymond C. Stevens laboratóriumába, hogy a CCR5 és a CXCR4 receptorok szerkezetét és működését tanulmányozza. Kezdetben a CXCR4 állt érdeklődése középpontjában, mert bár ezt a receptort a HIV-nek a ritkább változatai használják a gazdasejtbe való bejutáshoz – a leggyakoribb változat a CCR5-öt részesíti előnyben –, a CXCR4 szerkezetmeghatározása kevesebb technikai akadályt gördített az útjukba. Aztán, mikor 2010-ben a Science-ben megjelentették a CXCR4-gyel kapcsolatos eredményeiket, Wu visszatért a CCR5 lezáratlan ügyéhez. Mivel a CCR5-öt a maga ide-oda-csukló alakjával különösen problémás volt kristályszerkezetbe parancsolni, ötletes megoldással egy másik fehérjét fűztek hozzá, amely segített a kívánt szabályos elrendezés kialakításában.

HIV gyorstesztet készítenek önkéntesek Jekatyerinburgban Forrás: AFP/Pavel Lisitsyn

A kristályosításhoz – az ilyen jellegű munkák esetében bevett módon – a vizsgálni kívánt fehérje gátlószerét is segítségül hívták, a gátlószerek ugyanis rendszerint merevebb formába kényszerítik célmolekulájukat. A CCR5 esetében a már 2007 óta forgalomban lévő maraviroc nevű HIV-ellenes gyógyszerre esett a választás. A röntgenkrisztallográfiás „pillanatfelvételt” ezért a CCR5-nek arról a formájáról készítették, amely – a maraviroc-kal komplexben – ellenáll a HIV-fertőzésnek. Járulékos eredményként megismerték a maraviroc pontos kötőhelyét is a CCR5-molekula felszínén, így nem mellesleg az is kiderült: a szer nem közvetlenül a vírus-burkofehérje kötőhelyét blokkolja, hanem a CCR5 egy másik régiójához kötődve úgy módosítja a teljes receptor alakját, hogy az alkalmatlanná válik a vírus fogadására.

Most már, hogy mind a CXCR4, mind a CCR5 finomszerkezete rendelkezésre áll, a kettő összehasonlításával lehetségessé vált annak megértése, miként képes a vírus a kór természetes lefolyása során, vagy a kezelés hatására egyikről a másikra „átkapcsolni”. Kezdetben a legtöbb HIV-fertőzöttben a vírus a CCR5-öt használja a bejutáshoz, idővel azonban legtöbbször átszokik a CXCR4-re. Ezzel a váltással egy sor addig nem fenyegetett sejttípus is a fertőzés célpontjává válik. Feltehetőleg ez az a pillanat, amikor a vírus terjedése annyira felgyorsul a szervezetben, hogy megjelennek a tényleges immunhiány – vagyis az AIDS – tünetei, s végül ez vezet el a beteg halálához. A CXCR4 és a CCR5 szerkezetének összevetéséből kiderül, hogy a vírus kötődési preferenciájának átkapcsolásához egészen finom változások is elegendőek, s ezen változások megismerése nagyban előre fogja lendíteni a gyógyszerek következő generációjának kifejlesztését. E jövőbeni szerek már egyszerre fogják akadályozni a vírusnak mindkét receptorhoz való kapcsolódását, s így remélhetőleg meggátolják a HIV-fertőzés végső stádiumának kialakulását.

A HIV-fertőzés gyógyításában jelenleg öt gyógyszerosztály tagjait alkalmazzák, amelyek a HIV életciklusának különböző fázisait gátolják. A fertőzési ciklus kezdetét, a vírusnak a gazdasejtbe való belépését akadályozzák a fúziógátló szerek. Ilyen a jelen cikkben is említett maraviroc, de ezt az osztályt jelenleg még kevés vegyület képviseli. A HIV-ellenes szerek két további osztálya, a nukleozid- és nem-nukleozid-típusú reverz transzkriptáz-gátlók a vírusnak azt a sajátságos enzimjét gátolják, amely a vírus RNS-ben tárolt genetikai anyagát a sejtmag DNS-nyelvére írja át. Az integráz-gátlók az életciklus következő lépésébe avatkoznak bele: abba, amikor a DNS-sé átírt örökítőanyagot a vírus a gazdasejt saját DNS-ébe beépíti. Végül a proteázgátlók a vírusnak azzal az enzimjével bánnak el, amely az szaporodni kívánó kórokozó új vírusrészecskéinek kialakulását, összeszerelődését gátolja. A vírus enzimei különösen kedvező támadáspontokat kínálnak a terápia számára, hiszen ehhez hasonló enzimaktivitások az ép emberi sejtek működéséhez nem szükségesek, tehát a kezelés viszonylag mellékhatásmentesen kivitelezhető. Ezzel együtt ma már sosem alkalmazzák egyik vagy másik gyógyszerosztály tagjait egyedül: a modern rutinban az egy vagy több osztályhoz tartozó szerek jól beállított kombinációit (kombinációs antiretrovirális terápia vagy CART) adják a HIV-fertőzötteknek, akik így lényegesen hosszabb tünetmentes életet élvezhetnek.