Revelando os mecanismos de resistência aos medicamentos do HIV por meio de estruturas proteicas

Pesquisadores do Instituto Salk, em colaboração com os Institutos Nacionais de Saúde, descobriram os mecanismos moleculares pelos quais o vírus da imunodeficiência humana (HIV) se torna resistente ao Dolutegravir, um dos medicamentos antivirais mais eficazes e usados ​​clinicamente no tratamento do HIV.

O novo estudo, publicado em 21 de julho de 2023 em Avanços da Ciênciarevela como alterações nas estruturas 3D da integrase, uma proteína do HIV, podem levar à resistência ao Dolutegravir e como outros compostos podem superar essa resistência.

“Com o HIV, é preciso pensar dois passos à frente do vírus”, diz o professor associado da Salk, Dmitry Lyumkis, co-autor sênior e presidente da Hearst Foundation Developmental. “Agora determinamos como o vírus pode continuar evoluindo contra drogas como o Dolutegravir, o que é importante considerar para o desenvolvimento de terapias futuras”.

A infecção pelo HIV depende da capacidade do vírus de colar seu próprio material genético nos genomas das células humanas, essencialmente sequestrando as células para se tornarem fábricas produtoras de vírus. O dolutegravir e medicamentos relacionados funcionam bloqueando a integrase, uma proteína crítica para a capacidade do vírus de integrar seu próprio DNA ao genoma do hospedeiro. Sem a integrase funcionando, o HIV não pode infectar efetivamente as células humanas. No entanto, o HIV é um vírus de mutação rápida e um número crescente de cepas de HIV são resistentes ao Dolutegravir.

No passado, o laboratório de Lyumkis descobriu a estrutura 3D da proteína integrase enquanto estava ligada ao DNA, bem como exatamente como drogas como o Dolutegravir se ligam e bloqueiam a integrase. Mas os pesquisadores não tinham certeza de como a estrutura da integrase mudou quando o vírus parou de responder ao Dolutegravir.

No novo estudo, Lyumkis e colaboradores dos Institutos Nacionais de Saúde criaram versões da proteína integrase com mutações conhecidas por tornar o HIV resistente ao Dolutegravir.

Em seguida, eles determinaram a estrutura de cada integrase mutante, revelando por que o Dolutegravir não conseguia mais se ligar e bloquear cada versão da proteína. Os cientistas também avaliaram a “aptidão” do vírus (sua capacidade de produzir descendentes infecciosos) e a atividade da enzima para entender melhor o que leva à resistência aos medicamentos nos pacientes.

“Ficamos bastante surpresos com a magnitude da resistência que essas variantes da integrase tinham”, diz Lyumkis. “A capacidade de funcionamento do Dolutegravir foi completamente comprometida.”

Os investigadores também testaram a eficácia de um medicamento experimental para o VIH, 4d, para bloquear a função das proteínas integrase resistentes ao Dolutegravir. O 4d foi desenvolvido pelos colaboradores de Lyumkis no NIH como um medicamento de última geração direcionado à integrase e está atualmente em testes pré-clínicos em animais.

Em todas as variantes, eles descobriram que o 4d ainda bloqueava fortemente a capacidade do HIV de integrar seus genes nas células humanas. Isso sugere que o 4d ou variantes desse composto podem ser efetivamente usados ​​para tratar o vírus em pacientes que desenvolveram resistência ao Dolutegravir.

Os dados estruturais sobre como o 4d se liga às proteínas integrase resistentes ao Dolutegravir também sugeriram como novos medicamentos poderiam superar a resistência aos medicamentos.

“4d é realmente apenas um exemplo de como combater a resistência aos medicamentos, mas nos fornece alguns princípios básicos com os quais podemos aprender para projetar outras terapêuticas”, diz o co-autor sênior Robert Craigie, do Instituto Nacional de Diabetes e Doenças Digestivas e Renais (NIDDK), parte dos Institutos Nacionais de Saúde. “A maneira como uma seção da molécula 4d se empilha como uma folha plana no topo de uma seção do conjunto proteína-DNA da integrase pode ser replicada em outros compostos.”

Em seguida, os cientistas estudarão como as variantes da integrase evoluem – incluindo aquelas ainda não vistas em pacientes, mas possíveis no futuro – e como elas afetam a resposta aos melhores medicamentos usados ​​clinicamente, bem como a capacidade do HIV de infectar humanos.