CCR5 Pozadí
CCR5 – C-C motiv chemokinového receptoru 5: C-C chemokinový receptor typu 5 (CCR5) se nachází na povrchu bílých krvinek. Protein CCR5 je součástí rodiny beta chemokinových receptorů, které patří mezi integrální membránové proteiny. Jedná se o receptor spřažený s G-proteinem. Funguje jako receptor pro zánětlivé CC chemokiny a v důsledku toho přenáší signál zvyšující intracelulární hladinu vápenatých iontů1,2.
CCR5 & HIV-1: Je nejznámější díky své roli koreceptoru viru lidské imunodeficience-1 (HIV-1). HIV-1 využívá chemokinové receptory, jako je CCR5, jako koreceptory pro vstup do imunitních buněk díky jejich umístění na povrchu hostitelských buněk, které poskytují HIV způsob vstupu. Struktura obalového glykoproteinu HIV-1 usnadňuje vstup viru do hostitelských buněk3-5. Obalový protein napodobuje chemokin, což dává viru HIV-1 schopnost vázat se na chemokinové receptory. Znalost mechanismu, kterým HIV-1 interaguje s CCR5 a způsobuje infekci, vedla vědce ke snaze vyvinout terapeutické zásahy k zablokování funkce CCR5. Tato skupina léků proti HIV je známá jako antagonisté receptoru CCR5 a zasahuje do interakce mezi obalem HIV-1 a CCR5. Tyto léky jsou experimentální a pouze jeden z nich, Maraviroc, byl schválen úřadem FDA pro klinické použití.
Evoluce a zachování CCR5: CCR5 je identifikován u 98 různých druhů. Sestavením sekvencí, jak je uvedeno níže, můžeme identifikovat několik konzervovaných míst na proteinu.
CCR5-D32 (CCR5-Delta 32): U některých jedinců se vyskytuje dědičná varianta CCR5 známá jako Delta 32. V rámci CCR5 se jedná o celosvětově nejčastější variantu. Varianta CCR5-D32 má frekvenci alel >10 % u osob evropského původu, ale v nižších frekvencích se vyskytuje ve všech populacích. Celkově asi 0,38 % jedinců nese dvě kopie CCR5-D32, tzv. homozygotní jedinci, přičemž u osob evropského původu je tento podíl zvýšen na 0,91 %.
CCR5-D32 je delece 32 párů bází v DNA, která vede k posunu kódu pro čtení RNA na proteinové kodony. Výsledkem tohoto posunu je p.Ser185IlefsTer32. Tato varianta začíná na aminokyselině 185, serinu (Ser), a mění tuto pozici na izoleucin (Ile), po němž následuje 31 aminokyselin, které se nepodobají normální sekvenci CCR5. Za tímto úsekem se nachází stop kodon, který protein ukončuje. Tato varianta ztráty funkce má za následek, že protein již není schopen se tvořit a má odstraněny tři ze sedmi transmembránových domén. Neexistuje tedy žádný receptor pro HIV-1, který by infikoval bílé krvinky. Bylo zjištěno, že homozygotnost pro variantu Delta 32 vede k imunitě vůči infekci HIV-1. Heterozygotnost byla spojena s odolností vůči infekci HIV-1 a pomalým přechodem onemocnění do AIDS. Heterozygotnost byla vždy spojena s lepší virovou odpovědí na antiretrovirovou léčbu. Ačkoli varianta Delta 32 může být pro hostitele výhodná v případě HIV a příbuzných infekcí, může být nevýhodná u jiných, jako je například klíšťová encefalitida a virus západonilské horečky6,7 . Je to proto, že CCR5 interaguje s různými třídami patogenů různými mechanismy, což je dáno složitostí reakce imunitního systému na infekci. Výzkum předpokládá, že tato varianta ovlivňuje postinfekční zánětlivý proces, který může poškodit tkáně, což vede k další patologii a zvyšuje letalitu infekce, ačkoli kolem této hypotézy se v současné době vede mnoho diskusí.
Lidský CRISPR: V listopadu 2018 He Jiankui oznámil, že pomocí CRISPR-Cas9 upravil několik lidských embryí. Embrya byla vytvořena během klinického experimentu, při kterém byla matka HIV-1 negativní, ale otec HIV-1 pozitivní. Tvrdil, že cílem experimentu bylo změnit CCR5 pomocí technologie CRISPR-Cas9 tak, aby potomci byli méně náchylní k infekci HIV-1 a napodobovali variantu Delta 32. Výsledkem těchto embryí bylo těhotenství vedoucí k narození dvojčat Lulu a Nany. Výsledkem tohoto procesu nebyly mutace shodné s variantou Delta 32 a ani jedna z dívek neměla identické kopie genu CCR5.
Etika: Jeho experiment upravil genom dětí a vedl k mutacím v zárodečných buňkách, které mohou být předány kterémukoli z budoucích potomků dívek. To znamená, že případné negativní účinky editace se nyní mohou přenášet a šířit mutace, které nejsou totožné s přirozeně se vyskytující variantou CCR5-D32. Tyto varianty mohou neúspěšně způsobit nefunkčnost CCR5 nebo mohou mít za následek nepředvídatelné vedlejší účinky. Již bylo prokázáno, že jedinci s variantou CCR5-D32 jsou náchylnější k určitým typům infekcí a v důsledku toho mají extrémnější sekundární imunitní odpověď. Lulu a Nana tyto účinky mít mohou, ale nemusí, a v důsledku úpravy mohou mít další vedlejší účinky.
Objednání 3D modelů
5 x 2,8 x 2 palce model
1 x 0,6 x 0,4 palce model
1. Lee B, Sharron M, Blanpain C, DoranzBJ, Vakili J, Setoh P, Berg E, Liu G, Guy HR, Durell SR, Parmentier M, ChangCN, Price K, Tsang M, Doms RW. Mapování epitopů CCR5 odhaluje vícekonformační stavy a odlišné, ale překrývající se struktury zapojené do funkce chemokinů a koreceptorů. J Biol Chem. 1999 Apr 2;274(14):9617-9626.PMID: 10092648
2. Oppermann M. Chemokinereceptor CCR5: vhled do struktury, funkce a regulace. Cell Signal.2004 Nov;16(11):1201-1210. PMID: 15337520
3. Hütter G, Nowak D, Mossner M,Ganepola S, Müssig A, Allers K, Schneider T, Hofmann J, Kücherer C, Blau O,Blau IW, Hofmann WK, Thiel E. Long-term control of HIV by CCR5 Delta32/Delta32stem-cell transplantation. N Engl J Med. 2009 Feb 12;360(7):692-698. PMID:19213682
4. Huang Y, Paxton WA, WolinskySM, Neumann AU, Zhang L, He T, Kang S, Ceradini D, Jin Z, Yazdanbakhsh K,Kunstman K, Erickson D, Dragon E, Landau NR, Phair J, Ho DD, Koup RA. Úloha mutantní alely CCR5 v přenosu HIV-1 a progresi onemocnění. Nat Med.1996 Nov;2(11):1240-1243. PMID: 8898752
5. He J, Chen Y, Farzan M, ChoeH, Ohagen A, Gartner S, Busciglio J, Yang X, Hofmann W, Newman W, Mackay CR,Sodroski J, Gabuzda D. CCR3 and CCR5 are co-receptors for HIV-1 infection ofmicroglia. Nature. 1997 Feb 13;385(6617):645-649. PMID: 9024664
6. Glass WG, McDermott DH, LimJK, Lekhong S, Yu SF, Frank WA, Pape J, Cheshier RC, Murphy PM. Deficit CCR5zvyšuje riziko symptomatické infekce virem západonilské horečky. J Exp Med. 2006 Jan23;203(1):35-40. PMCID: PMC2118086
7. Glass WG, Lim JK, Cholera R,Pletnev AG, Gao J-L, Murphy PM. Chemokinový receptor CCR5 podporuje přesun leukocytů do mozku a přežití při infekci virem západonilské horečky. J Exp Med.2005 Oct 17;202(8):1087-1098. PMCID: PMC2213214