Белковые мишени для разработки противовирусных препаратов

За последние годы отмечается резкий рост и распространение инфекционных заболеваний вирусной этиологии, в частности ВИЧ-инфекции, вирусных гепатитов, герпеса и др. Поэтому создание эффективных противовирусных вакцин и препаратов становится сейчас одной из важнейших проблем.

С использованием методов протеомики и биоинформатики в НИИ биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича (г. Москва) занимаются созданием вакцин против вируса гепатита С. Проводился компьютерный анализ строения белков вируса гепатита С. Была создана база данных, в этой базе данных были выявлены участки полипептидной цепи белковых молекул, которые, по сути дела, инвариантны (идентичны) для всех 827 последовательностей оболочечных белков вируса гепатита С. Эти участки получили название консервативные пептиды, а их открытие создало новые возможности для получения противовирусных вакцин. Известно, что постоянная изменчивость вирусных белков - основное препятствие для создания таких вакцин, а найденные участки консервативны и не подвержены мутациям. Поэтому, если будет получена вакцина, вызывающая выработку специфических антител к какому-то набору из этих консервативных пептидных участков, и, если эта вакцина будет обладать вируснейтрализующими свойствами, то проблема вирусной изменчивости не будет играть существенной роли. Необходимое для получения вакцин количество таких полипептидов сейчас легко может быть получено методами генной инженерии или химическим синтезом. Кроме того, предполагается экспрессия таких консервативных пептидов в генетически модифицированных растениях с целью получения “съедобных вакцин”. Еще одним перспективным вариантом было бы создание иммуноглобулиновых сывороток на основе моноклональных антител специфичных к таким консервативным пептидным участкам вирусных белков.

Кроме того, было установлено, что консервативные участки белков - это участки нуклеации, т.е. участки, которые играют наиболее важную роль, когда из линейной структуры белковая молекула превращается в глобулу, приобретая необходимую пространственную структуру (фолдинг). Консервативные участки существуют в белках всех без исключения вирусных вариантов. У разных вирусов они разные, но у одного типа вируса они одинаковы. На основе этого факта может быть создан новый класс лекарств, который будет блокировать фолдинг вирусных белков. Это может стать основным путем, который позволит бороться с вирусными инфекциями.

В последнее время большое внимание уделяется разработке новых антимикробных средств, действующих как ингибиторы белок-белковых взаи­модействий. Подобно консервативным пептидам, обеспечивающим фолдинг, участки полипептидной цепи различных белков, обеспечивающие их взаимодействие друг с другом (димеризацию, олигомеризацию) при образовании комплексов практически не подвержены мутациям. Поэтому возможно значительное снижение риска появления лекарственной резистентности, обу­словленной мутациями такой белковой мишени. Считается, что предпочтительно выбирать в качестве мишеней фер­менты, функционирующие в гомо-, гетеро- или олигомерной форме.

Основными молекулярными мишенями для действия имеющихся сейчас анти-ВИЧ препаратов служат вирусоспецифические белки - обратная транскриптаза, и протеаза вируса. Однако аналоги этих ферментов имеются у человека, поэтому препараты, ингибирующие вирусные белки (азидотимидин, d4T и др.), токсичны и для человека. Более перспективной мишенью является фермент интеграза, обеспечивающая интеграцию линейной провирусной ДНК в геном (хромосому) человека. В клетках органов человека такого фермента нет, поэтому препараты ингибирующие интегразу должны быть значительно менее токсичны для человека. В ГНЦ “Вектор” (г.Новосибирск) и Новосибирском институте органической химии СО РАН получены вещества – ингибиторы этого фермента. Проведенные исследования показали, что амиды бетулоновой и глицеризиновой (корень солодки) кислот, а так же дипептид бетулоновой кислоты эффективно ингибируют интегразу ВИЧ-1. В настоящее время проводятся доклинические исследования соединения, наиболее перспективного для клинического применения.

Достаточно сложной представляется и задача создания эффективных препаратов для лечения герпесвирусных инфекций. Это обусловлено тем, что представители этого семейства вирусов имеют большой размер генома, контролирующий синтез более 100 белков, и широкий спектр ферментов, участвующих в метаболизме нуклеиновых кислот, синтезе вирусной ДНК и экспрессии белков. Представленные сейчас на рынке противогерпесные химиопрепараты прямого действия (ацикловир, ганцикловир и др.), подавляющие синтез вирусной ДНК, являются токсичными, к ним может возникать устойчивость и они не способны предотвратить рецидивы. В связи с этим в последнее время проведены широкие исследования по поиску новых препаратов различной природы (антибиотики, пептиды, растительные субстанции, производные фуллерена-60). Было показано, что поиск препарата действующего на одну, определенную мишень, является длительным и неэффективным. Более перспективным представляется создание комплексного препарата, одновременно направленного на несколько мишеней в вирусе.

В связи с этим сотрудниками Научно-иновационного фонда Здоровья (г. Москва) предложена новая концепция многоуровневой блокады проникновения вирусов в клетки. По мнению ученых, анализ молекулярной организации вирусов позволяет идентифицировать их вирионы, как самоорганизующиеся мульти-интер-биополимерные комплексы наноразмерного уровня (-20-500 нм), на котором и реализуются механизмы паразитической интервенции в клетки. Эта величина на несколько порядков больше размеров молекул низкомолекулярных лекарств, что не обеспечивает полноценной защиты клеток организма от вирусов (мутации которых выводят вирусные структуры из-под моноточечных воздействий несоразмерно малых молекул). Поэтому была разработана принципиально новая стратегия противовирусной защиты, (блокады проникновения), основанная на трех фундаментальных принципах: (1) принцип использования вирус-специфических ингибиторов, представляющих собой высокомолекулярные соединения - полиэлектролиты, соизмеримые с белковыми комплексами вирусов; (2) принцип комбинированного воздействия, по крайней мере, на несколько макромолекулярных мишеней, критически существенных в жизненном цикле вирусов; (3) принцип упреждающей терапевтической блокады вирусов до их проникновения в клетки. В рамках этой стратегии впервые был создан ряд новых синтетических и полусинтетических высокомолекулярных соединений (ВМС) сочетающих в себе комплекс вирус-блокирующих химических структур и функций, которые обеспечивают: стимулирование иммунного ответа, подавление абсорбции вирионов на плазматической мембране, (и) блокаду вирусной фузии на клеточных мембранах посредством полимерсвязанных мембранопротекторов каркасного и терпеноидподобного строения, фокусировку концентрации и активности новых лекарств в эпицентрах повышенного риска вирусного вторжения - в нано-размерных "raft''-доменах липидных оболочек вируса и(или) клеточных мембран, и конкурентную имитацию используемых вирусами клеточных рецепторов - путем введения в структуру высокомолекулярных лекарственных препаратов синтетических пептидных имитаторов таких рецепторов (например, ВИЧ-специфичных CCR5/CXCR4). Эти вещества могут найти применение как микробицидные добавки в различные лекарственные формы (вагинальные свечи, кремы, мази, смазки презервативов и т.д.) Экспериментальные испытания (in vitro/vivo) новых систем подтвердили их уникально высокий потенциал противовирусной защиты в отношении широкого спектра вирусов, включая ВИЧ.