A terapia de edição genética voltada para dois alvos – HIV-1, o vírus que causa a AIDS, e CCR5, o co-receptor que ajuda o vírus a entrar nas células – pode efetivamente eliminar a infecção pelo HIV, uma nova pesquisa da Lewis Katz School of Medicina na Universidade de Temple e no Centro Médico da Universidade de Nebraska (UNMC). O estudo, publicado online na revista The Anais da Academia Nacional de Ciências (PNAS), é o primeiro a combinar uma estratégia de edição genética dupla com medicamentos antirretrovirais para curar animais do HIV-1.
“A ideia de reunir a excisão do DNA do HIV-1 com a inativação do CCR5 usando tecnologia de edição de genes baseia-se em observações de curas relatadas em pacientes humanos com HIV”, disse Kamel Khalili, PhD, professor de Laura H. Carnell e presidente do departamento de Microbiologia, Imunologia e Inflamação, Diretor do Centro de Neurovirologia e Edição de Genes e Diretor do Comprehensive NeuroAIDS Center na Lewis Katz School of Medicine. “Nos poucos casos de cura do HIV em humanos, os pacientes foram submetidos a transplante de medula óssea para leucemia, e as células doadoras usadas carregavam mutações inativadoras do CCR5”.
Dr. Khalili e Howard E. Gendelman, MD, Professor e Presidente do Departamento de Farmacologia e Neurociência Experimental da UNMC, foram os investigadores seniores do novo estudo. Os dois pesquisadores são colaboradores de longa data e combinaram estrategicamente suas forças de pesquisa para encontrar uma cura para o HIV.
“Somos verdadeiros parceiros, e o que conseguimos aqui é realmente espetacular”, disse o Dr. Gendelman. “A equipe do Dr. Khalili gerou as construções essenciais de edição de genes e, em seguida, aplicamos essas construções em nosso modelo de camundongo LASER-ART em Nebraska, descobrindo quando administrar a terapia de edição de genes e realizando análises para maximizar a excisão do HIV-1, CCR5 inativação e supressão do crescimento viral”.
Em trabalhos anteriores, os Drs. Khalili e Gendelman e suas respectivas equipes mostraram que o HIV pode ser editado a partir dos genomas de camundongos vivos e humanizados infectados pelo HIV, levando à cura em alguns animais. Para essa pesquisa, o Dr. Khalili e o co-investigador, Rafal Kaminski, PhD, professor assistente no Centro de Neurovirologia e Edição de Genes da Katz School of Medicine, combinaram seus conhecimentos na tecnologia de edição de genes CRISPR para direcionar o HIV-1 com um estratégia terapêutica conhecida como terapia antirretroviral (ART) de liberação lenta e efetiva de ação prolongada (LASER), que foi co-desenvolvida pelo Dr. Gendelman e Benson Edagwa, PhD, Professor Assistente de Farmacologia na UNMC. O LASER ART mantém a replicação do HIV em níveis baixos por longos períodos de tempo, diminuindo a frequência da administração de ART.
Apesar de ser capaz de eliminar o HIV em camundongos LASER-ART, os pesquisadores descobriram que o HIV poderia eventualmente ressurgir dos reservatórios de tecido e causar infecção rebote. Este efeito é semelhante à infecção rebote em pacientes humanos que estavam tomando ART, mas pararam repentinamente ou experimentaram uma interrupção no tratamento. O HIV integra seu DNA ao genoma das células hospedeiras, podendo permanecer dormente em reservatórios teciduais por longos períodos de tempo, fora do alcance dos medicamentos antirretrovirais. Como consequência, quando a TARV é interrompida, a replicação do HIV se renova, dando origem à AIDS.
Para prevenir a infecção rebote, o Dr. Khalili e seus colegas começaram a trabalhar na tecnologia CRISPR de última geração para a excisão do HIV, desenvolvendo um novo sistema duplo destinado a eliminar permanentemente o HIV do modelo animal. “A partir de histórias de sucesso de pacientes com HIV que se submeteram a transplante de medula óssea para leucemia e foram curados do HIV, nossa hipótese era que a perda do receptor do vírus, CCR5, é importante para eliminar permanentemente a infecção pelo HIV”, explicou. Eles desenvolveram um procedimento simples e mais prático para a inativação do CCR5 que inclui uma inoculação IV da molécula de edição de genes CRISPR.
Experimentos em camundongos LASER-ART humanizados realizados pela equipe do Dr. Gendelman mostraram que as construções desenvolvidas em Temple, quando administradas em conjunto, resultaram em supressão viral, restauração de células T humanas e eliminação da replicação do HIV-1 em 58% dos infectados animais. Os resultados suportam a ideia de que o CCR5 tem um papel fundamental na facilitação da infecção pelo HIV.
A equipe do Temple também espera testar em breve a estratégia de edição genética dupla em primatas não humanos. Para tanto, o Dr. Khalili colaborará com Tricia H. Burdo, PhD, professora e vice-presidente do Departamento de Microbiologia, Imunologia e Inflamação da Katz School of Medicine, uma conhecida especialista no uso de modelos de primatas não humanos para estudar o HIV-1, que também foi co-autor do novo estudo. A Dra. Burdo e sua equipe estão interessadas em entender o envolvimento do CCR5 em primatas infectados pelo SIV. Anteriormente, seu laboratório desempenhou um papel fundamental na pesquisa que demonstrava a eficácia e a segurança da tecnologia baseada em CRISPR na remoção do DNA do HIV de células de primatas.
A nova estratégia dupla de edição de genes CRISPR é uma promessa excepcional para o tratamento do HIV em humanos. “É uma abordagem simples e relativamente barata”, observou o Dr. Khalili. “O tipo de transplante de medula óssea que trouxe curas em humanos é reservado para pacientes que também têm leucemia. Requer várias rodadas de radiação e não é aplicável em regiões com recursos limitados, onde a infecção por HIV tende a ser mais comum.”
“A cura do HIV é o grande cenário”, acrescentou o Dr. Gendelman. “Através de nossa colaboração contínua, Temple e UNMC realizaram pesquisas significativas que podem impactar a vida de muitas pessoas”.
Além de Rafal Kaminski, outros pesquisadores que contribuíram para o estudo incluem Prasanta K. Dash, Hang Su, Brady Sillman, Chen Zhang, Sruthi Sravanam, Emiko Waight, Lili Guo, Saumi Mathews, R. Lee Mosley, Larisa Y. Poluektova, Santhi Gorantla e Benson Edagwa, Departamento de Farmacologia e Neurociência Experimental, UNMC; e Chen Chen, Pietro Mancuso, Shuren Liao, Hong Liu, Rahsan Sariyer, Maurizio Caocci e Shohreh Amini, Departamento de Microbiologia, Imunologia e Inflamação, Centro de Neurovirologia e Edição de Genes, Lewis Katz School of Medicine da Temple University.
A pesquisa foi apoiada pelo National Institutes of Health, incluindo bolsas T32NS105594, 5R01MH121402, 1R01Al158160, R01DA054535, 1041 R01NS126089, R01 AI145542, R01NS36126, R01MH115860, 1R33DA041 018, 1042 e 2R01NS034239 (UNMC) e T32MH079785, P30MH092177 e UM1AI164568 (Lewis Escola de Medicina de Katz).