Ein kürzlich Artikel im Tagebuch Naturkommunikation beschreibt die strukturelle Grundlage der nachgeahmten Wechselwirkung von HBV/HDV-Viruspeptiden mit seinem Rezeptor NTCP.
HBV, ein umhülltes DNA-Virus, verursacht akute und chronische Infektionen der Leber und die chronische Form und trägt erheblich zur Gesamtbelastung durch leberbedingte Erkrankungen wie Leberzirrhose und hepatozelluläres Karzinom (HCC) bei. Darüber hinaus verstärkt das Hepatitis-D-Virus (HDV), ein umhülltes RNA-Satellitenvirus, das HBV-Oberflächenproteine bei einer HBV/HDV-Koinfektion nutzt, die Schwere einer Lebererkrankung. NTCP (SLC10A1), das am enterohepatischen Kreislauf von Gallensalzen beteiligt ist, wurde als Rezeptor für HBV/HDV identifiziert.
Frühere Studien haben gezeigt, dass die virale Interaktion mit NTCP durch die N-terminal myristoylierte preS1-Domäne des großen Oberflächenproteins von HBV/HDV vermittelt wird. Der genaue Mechanismus der NTCP-vermittelten Viruserkennung blieb jedoch unklar. Es wurde erkannt, dass Strategien zur Hemmung oder Unterbrechung der Bindung von preS1 an NTCP vielversprechend für die Verhinderung einer HBV/HDV-Infektion sind.
Im Jahr 2023 erhielt das kommerziell erhältliche Medikament Bulevirtid (BLV, auch bekannt als Hepcludex) die Marktzulassung für die Behandlung chronischer HDV-Infektionen in Europa. BLV zeigt eine bemerkenswert hohe Hemmung gegen HBV und HDV, und es wurde auch gezeigt, dass BLV die NTCP-vermittelte Aufnahme von Gallensalzen hemmt.
Die Gruppe von Prof. Kaspar Locher (IMBB, ETHZ) berichtete zusammen mit Mitarbeitern über Kryo-EM-Strukturen von viralem Peptid-Bulevirtid-gebundenem menschlichem NTCP mit einer Auflösung von 3,4 Å. Die Studien liefern Einblicke in den Mechanismus der BLV-Hemmung und in die Wechselwirkung zwischen NTCP und dem viralen preS1-Peptid.
In Verbindung mit einer Funktionsanalyse erweitert die Studie das molekulare Verständnis darüber, wie BLV eine HBV/HDV-Infektion blockiert, was vielversprechend für die Entwicklung zusätzlicher therapeutischer Interventionen gegen HBV/HDV ist, die das Eindringen von Viren in Hepatozyten verhindern und so HBV/HDV-bedingte Leberschäden reduzieren.
Liu H. und Kollegen zeigten, dass das in Nanoscheiben rekonstituierte NTCP von den vom Patienten stammenden subviralen HBV-Partikeln (SVPs) eingefangen werden kann, was die Bindung von NTCP an die SVPs demonstrierte. Der TC-Transport durch NTCP wurde bei hohen BLV-Konzentrationen vollständig gehemmt. Um strukturelle Einblicke in die Interaktion von BLV mit NTCP zu gewinnen, erzeugten sie ein Antigen-bindendes Antikörperfragment (Fab), das für den NTCP-BLV-Komplex spezifisch ist.
Die Forscher erhielten eine 3,4 Å EM-Dichtekarte, die eine hervorragende Dichte für NTCP, gebundenes BLV und Fab3 zeigt. Die EM-Karte zeigte eine gut aufgelöste Dichte für BLV, die sich sowohl im Tunnel als auch auf der Oberfläche von NTCP befindet, was es ihnen ermöglicht, alle 47 Aminosäuren und die Myristoyl-Einheit des BLV-Peptids aufzubauen. Die Myristoylgruppe von BLV interagiert mit der Oberfläche von TM4 und TM5 von NTCP und ist der Lipiddoppelschicht ausgesetzt.
Beginnend mit Gly2 nehmen die ersten 19 BLV-Reste eine kugelförmige Form an, die einen Pfropfen bildet, der im Translokationstunnel verkeilt ist und die Mitte der Membrandoppelschicht erreicht. Die String-Domäne von BLV (Pro21-Gly48) bedeckt die Oberfläche des Pfropfens und durchquert die extrazelluläre Oberfläche von NTCP.
Zusammenfassend deckt die Studie die molekulare Grundlage der viralen preS1-Interaktionen mit seinem Rezeptor NTCP und die Hemmung dieser Interaktion durch das kommerzielle Medikament Bulevirtid auf. Die Ergebnisse ermöglichen es Forschern, die HBV/HDV-Spezifität für menschliches NTCP zu rationalisieren und zu erklären, warum die S267F-Mutation beim Menschen einen beeinträchtigten Gallensalztransport bei gleichzeitiger Resistenz gegen HBV/HDV darstellt. Diese könnten für die Entwicklung kleinerer Medikamente (Peptidmimetika) geeignet sein, die die Pharmakologie von BLV verbessern, um die Bindung und Infektion von HBV und HDV zu verhindern.
Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit der Kossiakoff-Gruppe (Universität Chicago), der Urban-Gruppe (Universität Heidelberg), der Glebe-Gruppe (Justus-Liebig-Universität Gießen) und der Geyer-Gruppe (Justus-Liebig-Universität Gießen) durchgeführt.
Mehr Informationen:
Hongtao Liu et al., Struktur des antiviralen Medikaments Bulevirtid, gebunden an das Hepatitis-B- und D-Virus-Rezeptorprotein NTCP, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46706-w