Det har gått mer än 40 år sedan början av hiv/aids-epidemin och forskarna förstår fortfarande inte fullt ut hur hiv kommer in och replikerar i mänskliga celler, vilket har hindrat utvecklingen av behandlingar.
Ny forskning av ett team av fysiker ledda av Northeastern University-professorn Mark Williams arbetar på en lösning.
Det finns inget botemedel mot HIV, viruset som orsakar AIDS, men det finns behandlingar som kan minska mängden HIV i en patients kropp och få viruset under kontroll.
Williams team bekräftade nyligen en nyckelmekanism vid infektion av celler som kan leda till bättre läkemedel.
"Målet med denna forskning är att förstå den [retrovirala] livscykeln mycket bättre så att bättre läkemedel mot hiv kan utvecklas", säger Williams. "Och det här är en stor del av livscykeln att attackera med droger."
Studien, utförd av Williams team i samarbete med Vinay Pathak och forskningsbiolog Ryan Burdick i hans labb vid National Cancer Institute, tittade på processen för "uncoating" - när virus-DNA bryter ut ur det ursprungliga hiv-kapsidskalet som har gick in i en cell.
Vad som utlöste avbeläggningsprocessen var tidigare okänt. Man trodde, säger Williams, att vissa virala eller värdfaktorer startade den processen.
Den nya forskningen, publicerad i Science Advances , visar att avdragning kan vara en naturlig process av mekaniskt tryck som byggs upp och får proteinskalet som omger HIV-genomet att bryta upp, en teori som först föreslogs av samarbetspartnern Ioulia Rouzina från Ohio State University.
En av de viktigaste resultaten av studien är att virus-DNA måste vara större än en specifik minimistorlek för att skapa tillräckligt tryck på skalet. Ryan Burdick observerade att virus med för lite DNA inte kan avbelägga och infektera värdceller medan nordöstra forskarkollegan Michael Morse visade att viralt nukleokapsidprotein kondenserar DNA för att förhindra för tidig avbeläggning.
Att förstå var och hur avbeläggningen sker, säger Williams, skapar en möjlighet att försöka använda droger och påverka proteinskalets stabilitet eller själva avbeläggningsprocessen.
"Eftersom avbeläggning är avgörande för smittsamheten", säger han.
HIV, eller humant immunbristvirus, är ett retrovirus som orsakar AIDS.
Som ett retrovirus använder HIV ribonukleinsyramolekyler, eller RNA, som sin genomiska informationsbärare. Detta RNA omvandlas till viralt DNA som senare integreras i en värdcells DNA. Den infekterade cellen producerar sedan fler HIV-retrovirus som infekterar andra celler.
HIV överförs genom direkt kontakt med HIV-infekterade kroppsvätskor, såsom blod, sperma och vaginalvätskor, eller från en mamma som har HIV till sitt barn under graviditet, förlossning och förlossning eller amning.
Viruset kommer in i en mänsklig cell som en cellfri konformad viruskärna som består av ett proteinskal, kallat kapsid.
HIV-kärnan innehåller det virala genomet – två kopior av RNA; nukleokapsidprotein, ett viralt protein som hjälper till att packa genomet inuti en stängd hålighet; och några andra proteiner.
Ett viralt DNA genereras genom en omvänd transkription av det virala RNA:t. Därefter måste det nysyntetiserade virala DNA:t bryta ut ur proteinskalet.
Williams jämför det virala RNA:t med en flexibel sträng, medan det virala DNA:t är som en styv tråd som utövar tryck på proteinskalet. Om trycket som skapas av DNA:t bryter skalet för tidigt kommer HIV-genomet att släppas ut i cytoplasman, den gelatinösa vätskan som fyller insidan av värdcellen, och förstöras av cellens immunsystem innan det kommer till cellkärnan som håller sitt DNA.
Forskarna var tvungna att göra många experiment för den aktuella studien, säger han, för att ta reda på att nukleokapsidproteiner binder inte bara till det virala DNA:t, utan de binder också till RNA:t när omvandlingsprocessen har börjat.
"RNA-genomet finns fortfarande där när du skapar DNA från det genomet", säger Williams. "Så du har ökat mängden DNA och RNA i viruset, och det faktum att det inte finns tillräckligt med nukleokapsidprotein i kapsiden för att kondensera allt viralt DNA och RNA är det som verkar utlösa avdragningen."
Denna mekanism var ganska överraskande, säger Williams, men den är fysiskt vettig.
Mer information: Ryan C. Burdick et al, HIV-1-avbeläggning kräver långa dubbelsträngade omvänd transkriptionsprodukter, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adn7033
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Northeastern University
Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av Northeastern Global News news.northeastern.edu.
