Dans leurs efforts pour répondre à une question biologique vieille de plusieurs décennies sur la façon dont le virus de l'hépatite B (HBV) est en mesure d'établir une infection des cellules hépatiques, des recherches menées par Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK), Weill Cornell Medicine et l'Université Rockefeller ont identifié un vulnérabilité qui ouvre la porte à de nouveaux traitements.
L'équipe a réussi à perturber la capacité du virus à infecter les cellules hépatiques humaines en laboratoire en utilisant un composé déjà dans des essais cliniques contre le cancer – jetant les bases des études sur les modèles animaux et le développement potentiel de médicaments en fonction de leurs idées, selon les résultats publiés le 20 février dans la cellule .
L'hépatite B est une infection hépatique qui affecte près de 5% de la population mondiale. Il provoque des dommages à long terme aux cellules hépatiques et est l'une des principales causes de cancer du foie. Selon l'Organisation mondiale de la santé, plus de 250 millions de personnes dans le monde ont des infections chroniques du VHB et le virus provoque plus d'un million de morts, ce qui en fait la deuxième infection la plus mortelle dans le monde, selon l'Organisation mondiale de la santé.
La recherche a été menée par le biologiste chimique, le Dr Yael David, à MSK, hépatologue et virologue Dr Robert Schwartz à Weill Cornell Medicine et le Dr Viviana Risca à l'Université Rockefeller.
Ce projet est parti de notre intérêt fondamental pour la façon dont les chromosomes du virus pourraient ressembler et ont conduit et ont conduit à des découvertes inattendues de la façon dont l'infection virale est établie dans les cellules humaines. «
Dr Yael David, biologiste chimique chez MSK
L'étude du premier auteur, le Dr Nicholas Prescott, a poursuivi la recherche dans le David Lab en tant que thèse de diplômée. « Il s'agit d'un excellent exemple de la façon dont l'investissement dans la« science fondamentale »et de l'investigation des questions biologiques fondamentales peuvent ouvrir la porte aux avancées médicales», a-t-il déclaré. «J'ai toujours pensé que je travaillerai sur des questions que des décennies plus tard, quelqu'un pourrait citer dans un article lorsqu'il proposerait un remède contre une maladie. Développement de médicaments pour un fléau mondial comme l'hépatite B. «
Sommaire
Un paradoxe biologique déclenche une collaboration
La recherche a commencé par une rencontre fortuite et un paradoxe de longue date.
Le Dr Schwartz, professeur agrégé de médecine dans la division de gastroentérologie et d'hépatologie de Weill Cornell Medicine, a été présenté au Dr David il y a environ six ans lors d'une retraite pour la physiologie de Weill Cornell, la biophysique et les systèmes de la Buologie des études supérieures, où ils sont tous les deux de la physiologie de la biophysique et des systèmes de biologie des études supérieures, où ils sont tous les deux tenir les rendez-vous.
« En surface, nos programmes de recherche ne semblent pas avoir de chevauchement », a déclaré le Dr David. « Il étudie l'hépatite B, tandis que mon laboratoire se concentre sur la compréhension de la régulation de l'expression des gènes par un processus appelé épigénétique. Cependant, j'ai été fasciné de découvrir que des virus comme les mécanismes épigénétiques de l'hépatite B . «
Peu de temps après, le Dr Prescott, alors doctorant du programme de doctorat tri-institutionnel en biologie chimique, se préparait à un passage dans le David Lab au MSK's Sloan Kettering Institute. Son intérêt pour la régulation épigénétique dans les agents pathogènes a fait de HBV un système modèle idéal à explorer.
Au cœur du mystère qui a intrigué les chercheurs se trouve un gène viral clé qui code pour une protéine appelée X. Cette protéine est essentielle pour que le VHB établisse une infection productive dans les cellules hôtes et l'expression de ses gènes viraux. Cependant, le X Le gène lui-même est codé dans le génome viral.
« Cela soulève une question classique de poulet et d'œuf qui a intrigué les scientifiques depuis des décennies », a déclaré le Dr David. « Comment le virus produit-il suffisamment de protéine X pour entraîner l'expression des gènes viraux et établir une infection? »
De plus, le gène qui code pour la protéine X est considéré comme l'oncogène du virus – c'est-à-dire le gène responsable de la progression de la maladie vers le cancer, a ajouté le Dr Prescott. En effet, la protéine X dégrade les protéines de l'hôte qui sont impliquées dans la réparation de l'ADN. Non seulement cela empêche l'hôte de faire taire l'activité de la protéine X, mais les cellules infectées sont également plus susceptibles d'accumuler des erreurs d'ADN qui s'accumulent au fil des années et des décennies, conduisant au développement du cancer.
Défis avec les traitements existants pour l'hépatite B
« L'un des principaux défis dans le traitement de l'hépatite B est que les traitements existants peuvent empêcher le virus de faire de nouvelles copies de lui-même, mais ils ne nettoient pas complètement le virus des cellules infectées, permettant au virus de persister dans le foie et de maintenir chronique Infection », a déclaré le Dr Schwartz, dont le laboratoire a apporté une expertise biologique et clinique dans le virus, ainsi que les modèles de cellules hépatiques humaines utilisées dans l'étude.
Le vaccin contre l'hépatite B est également efficace, mais le maintien de l'immunité nécessite souvent des coups de rappel. De plus, cela n'aide pas les gens qui sont déjà infectés. Cela se produit, par exemple, en raison de la transmission du virus de la mère à l'enfant, ce qui est très courant dans les pays en développement. L'accès aux vaccins et au traitement est également plus limité dans certaines parties de l'Afrique et de l'Asie, où les taux d'infection sont plus élevés.
Construire une nouvelle plate-forme pour étudier l'hépatite B
Creuser dans le mystère de la protéine X était un défi, a expliqué le Dr Prescott, qui est maintenant boursier postdoctoral en laboratoire de chromosome et de biologie cellulaire à l'Université Rockefeller. Les outils existants n'étaient pas capables de faire la lumière sur ce qui se passait dans ces premières heures d'une infection critique.
C'est là que l'expertise de David Lab dans la façon dont l'ADN est emballé, lu et modifié s'est avéré essentiel. Ils ont réussi pour la première fois le minichromosome du VHB, en utilisant leurs capacités pour reconstituer l'ADN viral en complexe avec des histones humaines – qui sont des protéines qui emballent et organisent l'ADN.
« Cette plate-forme est devenue un outil puissant non seulement pour étudier la biochimie du virus, mais aussi pour analyser, en détail, ce qui se passe dans les premières heures critiques d'une infection », a déclaré le Dr David.
Pour la protéine X, l'emballage fait toute la différence
L'équipe de recherche a déterminé que pour que la protéine X soit fabriquée, l'ADN du virus de l'hépatite B doit s'organiser dans des complexes d'ADN-histone appelés «nucléosomes». Les nucléosomes sont comme des billes sur une chaîne – la chaîne est l'ADN viral, et les billes sont des protéines d'histone fournies par l'hôte, autour de laquelle l'ADN est enveloppé; Les nucléosomes sont les éléments constitutifs de la chromatine, le matériau qui constitue des chromosomes.
C'est cette partie du projet qui a expliqué l'expertise du Dr Risca de l'Université Rockefeller. Le laboratoire RISCA étudie l'architecture 3D du génome et comment l'emballage de l'ADN aide à contrôler la transcription des gènes. Ils avaient les outils et l'expertise pour s'assurer que ce que les scientifiques voyaient dans la nouvelle plate-forme pour étudier le virus correspondaient à la réalité d'une infection humaine.
« La sagesse conventionnelle dit que l'emballage de l'ADN d'un gène dans les nucléosomes bloquerait ou ralentirait la capacité de la cellule à lire ce gène pour fabriquer des protéines fonctionnelles, comme la protéine X », a déclaré le Dr Risca. « Mais dans les organismes complexes comme les humains et dans les virus qui nous infectent, la régulation des gènes n'est pas toujours aussi simple. La présence et le positionnement des nucléosomes sur l'ADN peuvent être importants pour diriger les mécanismes cellulaires pour transcrire certains gènes. Nous avons trouvé que c'était le Cas pour le gène HBV codant pour la protéine X – La présence de nucléosomes sur le génome viral est nécessaire pour la transcription de l'ARN qui donne naissance à la protéine fonctionnelle X. «
Identifier un candidat de médicament prometteur contre le VHB
Cette découverte ouvre la porte à comprendre comment X Le gène est régulé et comment l'infection par le VHB est établie. De plus, les chercheurs étaient ravis de découvrir une opportunité thérapeutique potentielle: si l'on pouvait perturber la formation de ces structures de chromatine, alors on pourrait perturber la capacité du virus à démarrer et à maintenir une infection.
L'équipe a testé cinq composés de petite molécule connus pour altérer la formation de chromatine. Un seul a bloqué la production de protéine X dans les cellules hépatiques: un médicament anticancéreux appelé CBL137.
Surtout, il a fonctionné à des concentrations très faibles – beaucoup plus petites que les participants à des essais cliniques pour le cancer, et en utilisant des doses qui n'ont affecté que le virus, mais pas les cellules humaines.
« Cela nous a rendus très optimistes quant à la possibilité de développer une approche de traitement tout en empêchant ou en limitant les effets secondaires », a déclaré le Dr David.
« De plus, si ces résultats sont confirmés par un étude supplémentaire, nous sommes optimistes, l'approche pourrait être utilisée pour traiter les infections chroniques pour la première fois – et pourrait donc représenter un remède potentiel », a ajouté le Dr Schwartz.
De plus, CBL137 pourrait s'avérer tout aussi utile pour cibler ou étudier d'autres virus d'ADN chromatinisés comme les herpèsvirus et les papillomavirus, notent les chercheurs.
Étapes suivantes pour la recherche
Pour développer davantage les recherches de l'équipe vers un essai clinique potentiel, la prochaine étape serait d'étudier la sécurité et l'efficacité de CBL137 dans les modèles animaux – bien que ceux-ci soient limités en raison de la gamme étroite des espèces que le VHB peut infecter, ont déclaré les chercheurs.
Tous les chercheurs ont souligné que l'étude n'aurait pas été possible sans la collaboration étroite entre les trois institutions, qui a rassemblé l'expertise et les ressources technologiques nécessaires – du microscope à force atomique de MSK au Genomics Resource Center et au cluster informatique haute performance chez Université Rockefeller.
« Je pense que c'est un exemple sterling de ce qui fait du TRI-I un si bon endroit pour faire la science », a déclaré le Dr Prescott, dont les recherches ont été soutenues par une prestigieuse subvention F99 / K00 du National Cancer Institute, qui finance prometteur Les chercheurs à travers des études supérieures et une formation postdoctorale, les aidant à établir des carrières indépendantes. « Sans les contributions de tous les laboratoires, cette recherche n'aurait pas été possible. Quand est venu le temps de trouver un endroit pour faire mon post-doct
