เอพิเจเนติกส์ของ HSV
เอพิเจเนติกส์ของ HSVคือ การดัดแปลง เอพิเจเนติก ส์ ของ รหัสพันธุกรรมของ ไวรัสเริม (HSV)
ในปี 2012 มีผู้ติดเชื้อไวรัสเริมที่ปาก (HSV-1) ประมาณ 3.7 พันล้านคนทั่วโลก และมีผู้ติดเชื้อไวรัสเริมที่อวัยวะเพศ (HSV-2) 417 ล้านคนทั่วโลก (องค์การอนามัยโลก, 2018) ในกรณีที่รุนแรง การติดเชื้อ HSV อาจทำให้เกิดแผลเป็นที่กระจกตาและตาบอดจากโรคกระจกตาอักเสบจากเริม การติดเชื้อในระบบประสาทส่วนกลาง และอาจถึงขั้นเสียชีวิตในผู้ที่มีภูมิคุ้มกันบกพร่อง เช่น ทารกแรกเกิดและผู้ป่วยเอชไอวี[ 1 ]
วงจรการติดเชื้อ
วงจรชีวิตของไวรัสโดยทั่วไปประกอบด้วยการเข้าสู่เซลล์การจำลองแบบและการปล่อยไวรัส ในที่สุด เมื่อเกิดการติดเชื้อครั้งแรก ไวรัสเริม (HSV) จะทำให้เกิดการติดเชื้อแบบเฉียบพลันที่ทำให้เซลล์เยื่อบุผิวแตก ซึ่งมักจะเกิดขึ้นที่เยื่อเมือกบริเวณอวัยวะเพศหรือริมฝีปาก[ 2 ]ในระหว่างการติดเชื้อครั้งแรกนี้ ไวรัสยังติดเชื้อเซลล์ประสาทในบริเวณนั้นด้วย เช่น ในปมประสาทไตรเจมินัลในกรณีของ HSV-1 HSV เข้าสู่เซลล์เมื่อเยื่อหุ้มเซลล์ของมันรวมเข้ากับเยื่อหุ้มเซลล์ ปล่อยโปรตีนเทกูเมนต์และแคปซิดเปลือยเข้าสู่ไซโตพลาสซึม แคปซิดจะเคลื่อนที่ไปยังรูพรุนของนิวเคลียส ซึ่งน่าจะเคลื่อนที่ไปตามไมโครทิวบูลของโครงสร้างเซลล์ จากนั้นจีโนมของ HSV จะถูกฉีดเข้าไปในนิวเคลียส ซึ่งจะถูกประกอบเข้ากับฮิสโตนและเกิดการปรับโครงสร้างโครมาติน จึงทำให้เกิดภาวะแฝง โดยเฉพาะอย่างยิ่งไวรัส ดีเอ็นเอไลโซเจนิคจะใช้กลไกเอพิเจเนติกของเซลล์ในวงจรชีวิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งก่อนการจำลองแบบ ในระหว่างการติดเชื้อแฝง ของ ไวรัส[ 3 ]ในช่วงแฝง ยีนของไวรัสส่วนใหญ่จะถูกปิดการทำงาน และผู้ติดเชื้อจะไม่มีอาการ ที่สำคัญกว่านั้น ในช่วงแฝง ดีเอ็นเอโปรไวรัสจะถูกซ่อนจากระบบภูมิคุ้มกัน ทำให้การรักษาทำได้ยากมาก หรืออาจเป็นไปไม่ได้เลย
การติดเชื้อแฝงหมายถึงภาวะสงบของไวรัส ซึ่งการแพร่กระจายของอนุภาคไวรัสจะหยุดลง แต่จีโนมของไวรัสยังคงถูกรวมเข้าเป็นแหล่งสะสมภายในเซลล์ แม้ว่าจะมีความหลากหลายในระยะแฝงของไวรัส ตั้งแต่การแสดงออกของยีนไวรัสแบบเลือกสรร (เช่น การแสดงออกของทรานสคริปต์ที่เกี่ยวข้องกับภาวะแฝงของ HSV) ไปจนถึงการขาดการแสดงออกอย่างสมบูรณ์ การรวมเข้ากับจีโนมของเซลล์ (เช่นในเรโทรไวรัส ) และ การคงอยู่ ของเอ พิโซม แต่ก็สามารถระบุลักษณะทั่วไปที่เหมือนกันได้เช่นกัน โดยทั่วไป ภาวะแฝงระยะยาวของไวรัสในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเป็นการปฏิสัมพันธ์แบบไดนามิกระหว่างไวรัสกับภูมิคุ้มกันต้านไวรัสของเซลล์เจ้าบ้าน[ 4 ]การสร้าง การบำรุงรักษา และการกระตุ้นวงจรการติดเชื้ออีกครั้ง (ความสามารถในการย้อนกลับ) ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับกระบวนการเอพิเจเนติกของเซลล์ในไดนามิกนี้[ 5 ]และด้วยเหตุนี้จึงเปิดการอภิปรายเกี่ยวกับการรักษาไวรัสผ่านมุมมองทางเอพิเจเนติก
ประวัติการรักษา
การพัฒนายาต้านไวรัสเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งใช้หลายสาขาที่แตกต่างกันเพื่อสังเคราะห์วิธีการรักษาเพียงวิธีเดียว[ 6 ] ณ เดือน พฤษภาคม 2561 มียาประมาณ 50 ชนิดที่ได้รับการอนุมัติให้ใช้ในมนุษย์เพื่อต่อต้านไวรัส เช่นHSV , HIV , ไซโตเมกาไวรัส , ไวรัสไข้หวัดใหญ่ , HBVและHCV [ 6 ] การวิจัยไวรัสจำนวนมากในสาขาเอพิเจเนติกส์ได้ดำเนินการโดยเฉพาะกับ HSV
การติดเชื้อ HSV ได้รับการบันทึกไว้ในเอกสารทางการแพทย์มานานหลายศตวรรษแล้ว แต่การรักษาด้วยยาต้านไวรัสเพิ่งได้รับการพัฒนาในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา[ 7 ]กรอบการรักษา HSV ด้วยยาต้านไวรัสเริ่มต้นด้วยการใช้สารยับยั้ง DNA ในเชิงทดลอง ซึ่งจะขัดขวางวงจรการจำลองแบบของไวรัส ยาเหล่านี้ได้รับการพัฒนาในเชิงพาณิชย์และมีการสั่งจ่ายในภายหลังโดยขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น สถานะภูมิคุ้มกันของโฮสต์ ตำแหน่งของการติดเชื้อ และไม่ว่าการติดเชื้อจะเป็นการติดเชื้อครั้งแรก (การติดเชื้อเริ่มต้น) หรือการติดเชื้อซ้ำ (อาการกำเริบ) [ 7 ]
ยาต้านไวรัสที่เป็นที่นิยมในปัจจุบัน ได้แก่อะซิโคลเวียร์เพนซิโคลเวียร์ฟอสคาร์เนตและโดโคซานอล [ 7 ] อะซิโคลเวียร์ทำหน้าที่เป็นอะนาล็อกของนิวคลีโอไซด์ซึ่งกำหนดเป้าหมายเซลล์ที่ติดเชื้อไวรัสเริมโดยเฉพาะโดยใช้ไทมิดีนไคเนส (TK) ของไวรัส TK ของไวรัสจะฟอสโฟรีเลตอะซิโคลเวียร์ให้เป็นรูปแบบโมโนฟอสเฟต ซึ่งต่อมาจะถูกฟอสโฟรีเลตเป็นอะซิโคลเวียร์ไตรฟอสเฟตที่ออกฤทธิ์โดยไคเนสของเซลล์จึงยับยั้งดีเอ็นเอพอลิเมอเรส ของไวรัสอย่างเลือกสรร วาลาซิโคล เวียร์ ที่เกี่ยวข้อง อะซิโคลเวียร์ไตรฟอสเฟตเป็น โปรดรักเอสเทอร์ L-วาลีนของอะซิโคลเวียร์ ซึ่งจะถูกเปลี่ยนเป็นอะซิโคลเวียร์ในตับ
เพนซิโคลเวียร์มีกลไกการออกฤทธิ์คล้ายกับอะซิโคลเวียร์ ยกเว้นว่าเพนซิโคลเวียร์เป็นอนุพันธ์ของกัวโนซีน เพนซิโคลเวียร์ไตรฟอสเฟตมีฤทธิ์ยับยั้งเอนไซม์ดีเอ็นเอพอลิเมอเรสของไวรัสน้อยกว่าถึง 100 เท่า แต่ยังคงอยู่ในเซลล์ที่ติดเชื้อในความเข้มข้นที่สูงกว่าและนานกว่าแฟมซิโคลเวียร์เป็นโปรดรักของเพนซิโคลเวียร์ในรูปของเอสเทอร์ไดอะซิทิล
ฟอสคาร์เน็ตไม่ขึ้นอยู่กับการฟอสโฟรีเลชันของ TK ดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพสูงต่อเชื้อไวรัสเริมที่ขาด TK ซึ่งโดยปกติแล้วจะสร้างความต้านทานต่อกลไกการดื้อยาที่ขึ้นอยู่กับ TK โดโคซานอล (Abreva) ยับยั้งการเข้าสู่เซลล์ของไวรัสในระยะเริ่มต้นโดยการยับยั้งการหลอมรวมระหว่างเยื่อหุ้มพลาสมาของโฮสต์และซองหุ้มของไวรัสเริม
ดังที่เห็นได้จากยาต้านไวรัสส่วนใหญ่ที่ใช้กันโดยทั่วไป กลไกการรักษา HSV ในอดีตคือการยับยั้งการเพิ่มจำนวนของไวรัสโดยใช้สารนิวคลีโอไทด์ที่ยับยั้งเอนไซม์ดีเอ็นเอพอลิเมอเรส ความจำเพาะในการกำหนดเป้าหมายไปยังเอนไซม์พอลิเมอเรสของไวรัสขึ้นอยู่กับยาที่ใช้ ซึ่งในทางกลับกันก็ขึ้นอยู่กับความรุนแรงของการติดเชื้อ
กลไกเอพิเจเนติกส์ของไวรัส
การควบคุมการแสดงออกของยีนไวรัสด้วยเอพิเจเนติกส์น่าจะเป็นผลมาจากการแข่งขันทางวิวัฒนาการที่เซลล์เจ้าบ้านพยายามปิดการทำงานของดีเอ็นเอของไวรัส เช่น ผ่านการปรับโครงสร้างโครมาติน อย่างไรก็ตาม ไวรัสบางชนิดได้วิวัฒนาการเพื่อบิดเบือนกระบวนการนี้ให้เป็นประโยชน์ต่อตนเองโดยการสร้างภาวะแฝง ดีเอ็นเอโปรไวรัสแฝงมีอยู่เป็นเฮเทอโรโครมาตินในนิวเคลียสของเซลล์เจ้าบ้าน หลีกเลี่ยงการป้องกันของเซลล์[ 3 ]กระบวนการเอพิเจเนติกส์สี่อย่างได้รับการอธิบายอย่างดีแล้ว ได้แก่ การประกอบโครมาติน การดัดแปลงฮิสโตน การเมทิลเลชันของดีเอ็นเอ และอาร์เอ็นเอควบคุม[ 4 ]
เมื่อเริ่มติดเชื้อครั้งแรก จีโนมของไวรัสจะไม่เกี่ยวข้องกับฮิสโตน ไวรัสดีเอ็นเอสายคู่ทั่วไปที่ติดเชื้อเซลล์ยูคาริโอตจะแทรกจีโนมของพวกมันเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์ ซึ่งมีกลไกของเซลล์ที่จำเป็นสำหรับการจำลองและการถอดรหัสดีเอ็นเออยู่ (ข้อยกเว้นที่สำคัญคือไวรัสไข้ทรพิษซึ่งยังคงอยู่ในไซโตพลาสซึม) เมื่อดีเอ็นเอของไวรัสเข้าสู่นิวเคลียส มันจะอยู่ร่วมกับโปรไมอีโลไซต์ลิวคีเมีย นิวเคลียร์ บอดี้ (PML-NBs) ซึ่งเป็นบริเวณที่อุดมไปด้วยโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับวิถีต้านไวรัส เช่นPML , SP100 , Daxxและ ATRX โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Daxx และ ATRX จะประกอบดีเอ็นเอของไวรัสรอบฮิสโตน 3 ก่อให้เกิดเฮเทอโรโครมาตินและปิดกั้นการแสดงออกของยีนไวรัส[ 3 ] [ 8 ]การตอบสนองของไวรัสได้วิวัฒนาการเพื่อย่อยสลายหรือดัดแปลงเฮเทอโรโครมาตินนี้ เช่น การนำไปใช้ใหม่เพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดภาวะแฝง[ 3 ]
มีตัวอย่างที่ทราบกันดีหลายกรณีของการที่ไวรัสดึงโปรตีนของเซลล์ไปยังโครมาตินเพื่อปรับเปลี่ยนฮิสโตน โดยเฉพาะในไวรัสกลุ่มเฮอร์พีสไวริเด[ 3 ] (การดึงคอมเพล็กซ์โพลีคอมบ์โดย LAT, VP16 ดึง OCT1 และ HCF1 ซึ่งในทางกลับกันจะดึงฮิสโตนดีเมทิเลส JMJD2 และ LSD1 เป็นต้น)
การเติมหมู่เมทิลในดีเอ็นเอสามารถเกิดขึ้นได้ในจีโนมของไวรัสผ่านการดึงดูดกลไกของเซลล์ เช่นดีเอ็นเอเมทิลทรานสเฟอเรส 3A (DNMT3A) DNMT3A เป็น เมทิลทรานสเฟอเรส แบบ de novoซึ่งสามารถเติมหมู่เมทิลให้กับดีเอ็นเอที่ยังไม่ได้รับการเติมหมู่เมทิลมาก่อน เช่น จีโนมของไวรัส DNMT3A ถูกดึงดูดไปยังจีโนมของไวรัสโดยโปรตีนของไวรัส เช่น โปรตีน LANA ของไวรัส Kaposi's Sarcoma herpesvirus (KSHV) และ VP26 และ VP5 ในไวรัสเริมชนิดที่ 1 (HSV-1) การเติมหมู่เมทิลในโปรโมเตอร์ของยีนจะยับยั้งการแสดงออกของยีน ซึ่งมีหน้าที่หลายอย่างในการรักษาภาวะแฝงและแม้กระทั่งการกระตุ้นการทำงานใหม่ในไวรัส Epstein-Barr (EBV ) [ 3 ]
ใน HSV และไวรัสเริมที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งคาโปซี (KSHV)เชื่อกันว่าทรานสคริปต์ที่เกี่ยวข้องกับระยะแฝง (LATs) ซึ่งเป็น RNA ที่ไม่เข้ารหัส มีบทบาทสำคัญในการดึงดูด โปรตีน Polycomb ของโฮสต์ ไปยังยีนที่เกี่ยวข้องกับวงจรไลติกบนจีโนมของไวรัส[ 3 ]ส่งผลให้เกิดการเมทิลเลชันของไซโตซีนภายในบริเวณโปรโมเตอร์ของยีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการวงจรไลติก ในแกมมาเฮอร์พีสไวรัสEpstein-Barr virus (EBV)พบว่า RNA ที่ไม่เข้ารหัส EBER2 มีส่วนเกี่ยวข้องกับการควบคุมยีน EBER2 ดึงดูด PAX5 ซึ่งเป็นปัจจัยการถอดรหัส ไปยังยีนระยะเริ่มต้นทันทีเพื่อส่งเสริมระยะแฝง[ 9 ]
การกระตุ้นการทำงานของ HSV อีกครั้งต้องอาศัยเอนไซม์ตอบสนองต่อความเครียดc-Jun N-terminal kinase (JNK)ซึ่งตอบสนองต่อปัจจัยกระตุ้นความเครียด เช่น ความร้อนสูง รังสีอัลตราไวโอเลต และการผลิตไซโตไคน์ การกระตุ้น JNK นำไปสู่การแสดงออกของยีนไวรัสในทุกช่วงเวลา (ระยะเริ่มต้นทันที ระยะเริ่มต้น และระยะหลัง) โดยการฟอสโฟรีเลต H3 ซึ่งเป็นการข้ามผ่านเครื่องหมายการยับยั้งแฝง (เมทิลเลชัน) อย่างมีประสิทธิภาพ[ 3 ] [ 10 ]ต่อมา การแปล VP16 ใหม่ส่งผลให้เกิดการควบคุมตามเวลาของยีนเหล่านี้ VP16 เชื่อมโยงกับ Oct-1 และกับโปรโมเตอร์ของไวรัสเพื่อควบคุมการถอดรหัส[ 3 ] [ 11 ]การกระตุ้นการทำงานอีกครั้งส่งผลให้เกิดการติดเชื้อแบบทำลายเซลล์เยื่อบุผิวส่วนต้น
การประยุกต์ใช้ในการรักษาโรคที่เป็นไปได้
การรักษาไวรัสในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมภายในขอบเขตของเอพิเจเนติกส์เป็นแนวทางที่ค่อนข้างใหม่ซึ่งมีความสำคัญในเชิงทฤษฎีหรือในห้องปฏิบัติการเท่านั้น และด้วยเหตุนี้ ความก้าวหน้าในการบำบัดไวรัสโดยใช้โครมาตินจึงขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าในความรู้เกี่ยวกับพลวัตและปฏิสัมพันธ์ของโครมาตินระหว่างไวรัสและโฮสต์[ 12 ]มีการเสนอการบำบัดหลักสองวิธีที่มุ่งเป้าไปที่กลไกเอพิเจเนติกส์สำหรับการรักษาการติดเชื้อไวรัส ได้แก่ การยับยั้ง Ezh1/2 และการเพิ่ม m 6 A ลงใน mRNA ของไวรัส
การยับยั้ง Ezh1/2
Ezh1และEzh2 (Ezh1/2) เป็นเอนไซม์โฮโมล็อกสองตัวของ Ezh ฮิสโตนเมทิลทรานสเฟอเรสและเป็นส่วนหนึ่งของ คอมเพล็กซ์การยับยั้ง โพลีคอมบ์ 2 ( PRC2 ) ซึ่งทำหน้าที่ยับยั้งการถอดรหัสยีนโดยการแพร่กระจายไตรเมทิลเลชัน H3K27 Ezh1/2 มีส่วนเกี่ยวข้องกับการยับยั้งการจำลองแบบของไวรัสในระหว่างการติดเชื้อแบบไลติก[ 13 ]
สารยับยั้ง Ezh1/2 ได้แก่ GSK126, GSK343 และ UNC1999 รวมถึงแอสเตมิโซล ซึ่งขัดขวางการเชื่อมโยงของ Ezh1/2 ใน PRC ได้รับการแสดงให้เห็นโดย Arbuckle et al. [ 13 ]ว่าจำกัดการแสดงออกของยีนระยะเริ่มต้นทันทีของ HSV และจำนวนจีโนมไวรัสที่ทำงานด้านการถอดรหัสในระหว่างการติดเชื้อแบบไลติก ส่งผลให้การติดเชื้อแบบไลติกถูกยับยั้ง
สารยับยั้ง Ezh1/2 ยังกระตุ้นวิถีทางต้านไวรัสของเซลล์ด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในเซลล์ที่ได้รับการรักษาด้วยสารยับยั้ง Ezh1/2 จะพบจุดโฟกัสของโปรไมอีโลไซต์ลิวคีเมีย (PML) มากขึ้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับการยับยั้งการแสดงออกของยีน พร้อมกับการเพิ่มขึ้นของอินเตอร์เฟรอนอัลฟา (IFN-α)และอินเตอร์ลิวคิน-8 (IL-8)วิถีทางเหล่านี้ไม่ได้จำเพาะเจาะจงกับ HSV การรักษาด้วยสารยับยั้ง Ezh1/2 ช่วยลดการติดเชื้อของเชื้อไวรัสหลายชนิด รวมถึงไซโตเมกาไวรัสของมนุษย์ อะดีโนไวรัส และไวรัสซิกา[ 13 ]
การเมทิลเลชันของอะดีโนซีน
การเติมหมู่เมทิลที่ตำแหน่ง N6 ของอะดีโนซีน (m6A )บนอาร์เอ็นเอส่งสาร (mRNA)ส่งผลต่อการแสดงออกของยีนโดยการเปลี่ยนแปลงการตัดต่อ mRNA ความเสถียร และการแปล[ 14 ]การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เอื้อต่อการแสดงออกของยีนไวรัส แม้ว่ากลไกของผลกระทบนี้ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ที่สำคัญมีการเสนอว่าm6A สามารถยับยั้งการรับรู้ภูมิคุ้มกันของโฮสต์ต่ออาร์เอ็นเอของไวรัสได้ [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]การยับยั้ง การเติม m6Aโดย 3-deazaadenosine (DAA) ( สารยับยั้ง S-adenosylhomocysteine hydrolase) ได้แสดงให้เห็นว่ามีการประยุกต์ใช้ต้านไวรัสอย่างกว้างขวาง[ 14 ] [ 17 ] [ 18 ] การบำบัดโดยใช้ m6Aเฉพาะอาจมีประสิทธิภาพมากในการต่อต้านไวรัสนิวเคลียร์โดยไม่เป็นพิษต่อโฮสต์ แม้ว่าการวิจัยนี้จะเป็นเรื่องใหม่[ 14 ]