HSV epigenetik
HSV epigenetik är den epigenetiska modifieringen av den genetiska koden för herpes simplex virus ( HSV).
Från och med 2012 var uppskattningsvis 3,7 miljarder människor globalt infekterade med oralt herpes simplex-virus (HSV-1), och 417 miljoner levde med genital herpes (HSV-2) över hela världen (World Health Organization, 2018). I allvarliga fall kan HSV-infektion orsaka ärrbildning i hornhinnan och blindhet från herpeskeratit, infektioner i centrala nervsystemet och till och med död hos immunförsvagade individer såsom nyfödda och HIV-patienter.
Infektiös cykel
Livscykeln för ett virus består vanligtvis av dess inträde , replikering och eventuellt utsöndring . Vid initial infektion orsakar herpes simplex-virus (HSV) akut lytisk infektion av epitelceller, vanligtvis vid antingen genital- eller orolabiala slemhinnor. Under denna initiala infektion infekterar viruset också lokala nervceller, såsom i trigeminusgangliet i fallet med HSV-1. HSV kommer in i cellen när dess membran smälter samman med cellmembranet och frisätter tegumentproteiner och den nakna kapsiden i cytoplasman. Kapsiden färdas till en kärnpor, troligen längs cytoskelettmikrotubuli. HSV-genomet injiceras sedan i kärnan där det sätts samman med histoner och genomgår kromatinomformning, vilket inducerar latens. Lysogena DNA-virus i synnerhet använder sig av cellulära epigenetiska mekanismer i sin livscykel, särskilt före replikering, under ett viruss latenta infektion . Under latens tystas de flesta virala gener, och infekterade individer är asymtomatiska. Ännu viktigare, under latens, döljs proviralt DNA från immunsystemet, vilket gör behandlingen extremt svår, för att inte säga omöjlig.
Latent infektion beskrivs som ett viruss dvala, genom vilken spridning av viruspartiklar upphör, men det virala genomet förblir fortfarande inkorporerat som reservoarer i cellen. Även om det finns en mångfald mellan virusens latenta fas, allt från selektivt viralt genuttryck (t.ex. HSV-uttryck av latensassocierade transkript) till fullständig brist på uttryck, inkorporering i cellens genom (såsom i retrovirus) och episomal persistens, är också vanliga allmänheter . kan tillskrivas. I allmänhet är den långvariga latensen för ett däggdjursvirus en dynamisk interaktion mellan det och värdcellens antivirala immunitet. Etableringen, underhållet och reaktiveringen av infektionscykeln (reversibilitet) bygger till stor del på cellulära epigenetiska processer i denna dynamik och öppnar därmed en diskussion för viral behandling via ett epigenetiskt perspektiv.
Behandlingshistorik
Antivirala läkemedelsutveckling har varit en komplex process som använder flera olika områden för att syntetisera enstaka behandlingsmetoder. Från och med maj 2018 finns cirka 50 läkemedel godkända för mänsklig användning mot virus som HSV , HIV , cytomegalovirus , influensavirus , HBV och HCV . En stor mängd viral forskning inom området epigenetik har gjorts specifikt på HSV.
HSV-infektioner har registrerats medicinskt i litteraturen i århundraden, men dess antivirala behandling har endast utvecklats under de senaste 50 åren. Ramverket för antiviral HSV-behandling började med experimentell användning av DNA-hämmare, som avbryter den virala replikationscykeln. Dessa läkemedel har sedan dess utvecklats kommersiellt och ordineras därefter beroende på faktorer som värdens immunstatus, infektionsplatsen och om infektionen är primär (initial infektion) eller återkommande (återkommande symtom).
Populära, aktuella antivirala medel inkluderar aciklovir , penciklovir , foscarnet och dokosanol . Aciclovir fungerar som en nukleosidanalog som specifikt riktar sig mot herpesvirusinfekterade celler med hjälp av viralt tymidinkinas ( TK). Viral TK fosforylerar aciklovir till sin monofosfatform, som därefter fosforyleras till aktivt aciklovirtrifoshat av cellulära kinaser, vilket selektivt hämmar viralt DNA-polymeras . Det besläktade valacikloviret aciklovirtrifosfatet är L-valinester- prodrugen av aciklovir, som således omvandlas till aciklovir i levern. [ citat behövs ]
Penciklovir liknar aciklovir i sin mekanism, förutom att penciklovir är en guanosinanalog. Penciklovirtrifosfat är 100 gånger mindre potent i att hämma viralt DNA-polymeras, men förblir också kvar i infekterade celler i högre koncentrationer och under längre tidsperioder. Famciklovir är diacetylester-prodrugen av penciklovir. [ citat behövs ]
Foscarnet förlitar sig inte på TK-fosforylering och är således potent mot TK-bristiga HSV-isolat som annars bildar en resistent mot TK-beroende läkemedelsmekanismer. Docosanol (Abreva) blockerar initialt viralt inträde via hämning av fusion mellan värdplasmamembranet och HSV-höljet. [ citat behövs ]
Som ses av de flesta vanliga antivirala medel är mekanismen för behandling av HSV historiskt sett via hämning av viral replikation med användning av nukleotider som hämmar DNA-polymeras. Specificiteten i målsökning för virala polymeraser beror på vilket läkemedel som används, vilket i sin tur är beroende av infektionens svårighetsgrad.
Virala epigenetiska mekanismer
Epigenetisk nedreglering av viralt genuttryck är sannolikt ett resultat, åtminstone delvis, av den evolutionära kapprustningen där en cellulär värd försöker tysta viralt DNA, till exempel genom kromatinremodellering. Vissa virus har dock utvecklats för att vrida denna process till sin egen fördel genom att etablera latens. Latent proviralt DNA existerar som heterokromatin i värdkärnan och undviker cellulärt försvar. Fyra epigenetiska processer har beskrivits väl: kromatinmontering, histonmodifieringar, DNA-metylering och regulatoriskt RNA.
Vid initial infektion är virala genom inte associerade med histoner. Typiska dubbelsträngade DNA-virus som infekterar eukaryota celler sätter in sitt genom i cellkärnan, där cellulärt maskineri som är nödvändigt för DNA-replikation och transkription finns (de anmärkningsvärda undantagen är poxvirus, som finns kvar i cytoplasman). När viralt DNA väl kommer in i kärnan, kolokaliseras det med promyelocytisk leukemi nukleära kroppar (PML-NBs), regioner rika på proteiner associerade med antivirala vägar såsom PML , SP100 , Daxx och ATRX. Speciellt Daxx och ATRX sätter ihop viralt DNA runt histon 3, bildar heterokromatin och tystar viralt genuttryck. Virala svar har utvecklats för att antingen försämra eller modifiera detta heterokromatin, såsom att återanvända för att inducera latens.
Det finns flera kända exempel på viral rekrytering av cellulära proteiner till kromatin för histonmodifiering, särskilt i herpesviridae. (Polycomb-komplexrekrytering av LAT, VP16 rekryterar OCT1 och HCF1, som i sin tur rekryterar histondemetylaser JMJD2s och LSD1, etc).
DNA-metylering kan ske på virala genom genom rekrytering av cellulärt maskineri såsom DNA-metyltransferas 3A (DNMT3A) . DNMT3A är ett de novo metyltransferas som kan metylera tidigare ometylerat DNA, såsom det från virala genom. DNMT3A rekryteras till virala genom av virala proteiner såsom Kaposi's Sarcoma herpesvirus (KSHV) protein LANA och VP26 och VP5 i herpes simplex virus 1 (HSV-1). Metylering av genpromotorer undertrycker genuttryck, som har flera funktioner för att upprätthålla latens och till och med reaktivering i Epstein-Barr-virus (EBV) .
I HSV och Kaposi's Sarcoma-associated herpesvirus (KSHV) tros Latency-Associated Transcripts (LATs), som är icke-kodande RNA, spela en viktig roll för att rekrytera värd Polycomb -proteiner till lytisk cykel-associerade gener på det virala genomet . Detta resulterar i metylering av cytosiner inom promotorregionen av gener associerade med lytiska cykelprocesser. I gammaherpesviruset Epstein-Barr-virus (EBV) har det icke-kodande RNA:t EBER2 varit inblandat i genreglering. EBER2 rekryterar PAX5, en transkriptionsfaktor, till omedelbart-tidiga gener för att främja latens.
Reaktivering i HSV kräver stressresponsenzymet c-Jun N-terminalt kinas (JNK), som är känsligt för stressfaktorer som värmechock, ultraviolett strålning och cytokinproduktion. Aktivering av JNK leder till uttryck av virala gener av alla tidsklasser (omedelbart tidigt, tidigt och sent) genom att fosforylera H3, vilket effektivt kringgår de latenta repressionsmarkörerna (metylering). Därefter resulterar de novo- translationen av VP16 i den tidsmässiga regleringen av dessa gener; VP16 associerar med Oct-1 och med virala promotorer för att reglera transkription. Reaktivering resulterar i lytisk infektion av proximala epitelceller.
Potentiella terapeutiska tillämpningar
Viral behandling av däggdjur inom ramen för epigenetik är ett relativt nytt tillvägagångssätt som endast har sett teoretisk eller laboratoriemässig betydelse, och som sådan är framsteg inom kromatinbaserad viral terapi beroende av framsteg i kunskap om viral-värdkromatin-dynamik och samspel. Två huvudterapier som riktar sig mot epigenetiska maskiner har föreslagits för behandling av virusinfektioner: hämning av Ezh1/2 och m 6 A tillägg till viralt mRNA.
Ezh1/2-hämning
Ezh1 och Ezh2 (Ezh1/2) är två homologa enzymer av Ezh- histonmetyltransferas och är en del av Polycomb - repressionskomplexet 2 ( PRC2 ), som fungerar för att undertrycka gentranskription genom att föröka en H3K27-trimetylering. Ezh1/2 har varit inblandad i undertryckande av viral replikation under lytisk infektion.
Ezh1/2-hämmarna GSK126, GSK343 och UNC1999 samt astemizol, som stör Ezh1/2-associationen i Kina, visades av Arbuckle et al. att begränsa HSV omedelbart tidigt genuttryck och antalet transkriptionellt aktiva virala genom under lytisk infektion. Detta resulterade i undertryckande av lytisk infektion.
Ezh1/2-hämmare aktiverar också cellulära antivirala vägar. Specifikt, i celler behandlade med Ezh1/2-hämmare, sågs ett större antal promyelocytisk leukemi (PML) härdar, som är involverade i repression av genuttryck, tillsammans med uppreglering av interferon-alfa (IFN-α) och interleukin -8 ( IL-8) . Dessa vägar är inte specifika för HSV; behandling med Ezh1/2-hämmare minskade infektion av flera virala patogener, inklusive humant cytomegalovirus, adenovirus och zikavirus .
Adenosinmetylering
Metylering på N6- positionen av adenosin (m6A ) på budbärar-RNA (mRNA) påverkar genuttrycket genom att ändra mRNA-splitsning, stabilitet och translation. Dessa förändringar gynnar viralt genuttryck, även om mekanismen för denna effekt inte är känd. Viktigt är att m6A har föreslagits för att hämma värdimmunigenkänning av virala RNA. Hämning av m 6 A-tillsats av 3-deazaadenosin (DAA) (en S-adenosylhomocysteinhydrolasinhibitor ) har visat sig ha breda antivirala tillämpningar. Terapier som använder specifik m 6 A kan vara mycket effektiva mot nukleära virus utan toxicitet för värden, även om denna forskning är ny.