(7) Mahdollisia APOBEC3-järjestelmään perustuvia terapeuttisia teitä. Hypermutaatio. Hypomutaatio.

Mitä tarkoittaa hypermutaatioterapia ? Mitä tarkoittaa hypomutaatioterapia ?
LÄHDE: 

(I) Eric W. Refsland et Reuben S. Hrris.  The APOBEC3   Family of Retroelement Restriction Factors. In: Intrinsic immunity  Toimittaja  on Bryan R. Culten ( 2013).
Current  Topics in Microbiology and Immunology.
 ISBN 978- 3- 642- 37764-8.

Hypermutaatioterapia 

Jos HIV viruksen  Vif ei pääse vaikuttamaan APOBEC3 proteiiniin,  niin APOBEC3G voi muuntaa 10% viruksen  cDNA:n  sytosiineistä (C) urasiileiksi  yhdessä  virusreplikaatiokierrossa.
Siitä seuraa massiivinen  G:stä A:ksi tapahtuvien mutaatioiden pitoisuus, mikä  raunioittaa retroviruksen geneettisen potentiaalin prosessilla, jota sanotaan letaaliksi mutageneesiksi.

Senlisäksi tässä yhteydessä APOBEC3G deaminaatiotapahtumat  johtavat  tryptofaanin kodonin TGG konvertoitumiseen stop- kodonimuotoon TAG, mikä on virukselle  tuhoisampaa kuin yhden aminohapon  muutos.
Kaiken kaikkiaan APOBEC3 proteiinien fysiologiset pitoisuudet vaimentavat laajalti ellei täydellisesti Vif- vajeisen HIV viruksen replikaation.

 Tämä merkittävä kyky panee kaavailemaan sellaisten lääkkeiden kehittelyä, joilla voisi kohentaa APOBEC3 proteiinin HIV-viruksen vastaista  restriktiomekanismia. Yksi menetelmä on varmasti  Vif- inhibitio, mutta siinä strategiassa  altistutaan niille ongelmille, mitä  luonnollinen ja erittäin laaja-alainen HIV variaatio ja  lääkeresistenssin nopea evoluutio luovat.

 Houkuttelevampi  alternatiivi on  kehittää lääke jotakin geneettisesti stabiilimpaa soluproteiinia kohtaan, joita  rekrytoituu  kompleksiksi  tuhoamaan APOBEC3 proteiineja silppurissa .  Erityisesti rekrytoi  Vif vähintään neljä heterologista  proteiini-proteiini- interaktiota vastavaikuttaakseen  menestyksekkäästi  APOBEC3 proteiineihin.
Ensimmäinen strategia on tietysti kohdistaa  suora interaktio itse APOBEC3 proteiineihin, minkä on tapahduttava konservoitujen rakennemotiivien kautta.
Toinen strategia on kohdistua  äskettäin löydettyyn   CBFbeeta proteiiniin ja sen Vif- interaktioon.  Tämä proteiini on välttämätön  Vif tekijän stabiilisuudelle ja funktiolle.
Kolmas ja neljäs strategia  on kohdistaa  selvästi erillisiin Vif interaktiomotiiveihin   ELOC ja CUL5 proteiineissa. Ne ovat essentiellejä myös APOBEC3 Ub ligaasi-kompleksille. ELOC  omaa taskun, jossa on  SLQ- motiivi ja siihen Vif sitoutuu. ( Tähän kohtaan voisi kehittää molekyylin joka syrjäyttäisi kilpailussa Vif- tekijän ( indolizine tyyppinen molekyyli, Huang et al. 2013).
Lisäksi voidaan kohdistaa ylävirta-komponentteihin niissä proteosomaalisissa teissä, jotka osallistuvat APOBEC3 proteiinien  hajoittamiseen.

Teoreettisesti ajatellen on selviä mahdollisuuksia lääkekehittelylle ja työalue on laaja.

Hypomutaatioterapia

Vif  vastavaikuttaa  tehokkaasti  HIV-virukselle  relevanttiin APOBEC3- kirjoon.  Siitä huolimatta  on näyttöä APOBEC3- aktiivisuudesta  proviruksen sekvensseissä, joita on saatu infektoituneista potilaista.  Tämä herättää ajatuksen   mahdollisuudesta,  että joko   Vif ei voi täydellisesti neutraloida kaikkea sytoplasmista ABOPECT3 proteiinimäärää ennen kapsidinmuodostamista tai HIV säätelee  omaa korkeaa mutaatiotahtiaan.  osittain kontrolloimalla  APOBEC3 proteiinien hajoittamista Vif- tekijällään,  joka toimii ikäänkuin molekulaarineen rheostaatti ja optimoi sytosiinideaminaation  tasot  sellaiseksi,  mikä on tarpeen immuunievaasiossa ja mahdollisessa lääkeresistenssissä.

Ei mitenkään intuitiivinen mutta mahdollisesti tehokkaampi strategia olisi vähentää HIV- patogeneesiä estämällä APOBEC3-entsyymien aktiivisuus ja täten eliminomalla  mahdollinen viruksen variaation lähde. (Olson 2013). Siinä tarkoituksessa onkin tehty  laaja screening-  ja havaittu että APOBEC3G aktiivisuuden voi blokeerata pienikokoisilla molekyyleillä.  (Li 2012, Olson 2013)  Mutta on tehtävä vielä paljon työtä tällaisten APOBEC3- inhibiittoreitten kehittelyssä  liukoisiksi, vaikuttaviksi ja biologisesti saatavilla oleviksi, teho pitää osoittaa solukokeissa, sitten eläinkokeilla jne.

 Kuitenkin kaikitenkin hypomutaatiostrategia on kiinnostava, koska HIV mutaatiotahti siinä vähenee  ja sellainen  taas rajoittaa viruspopulaation diversiteettiä  ja saattaa sen alttiimmaksi normaaleille immunologisille puhdistusmekanismeille
Todellakin  useimmissa potilaissa T-solu- ja B-soluvälitteiset immunologiset vasteet pystyvät pitämään virusta kontrollissa ja  tässä  tulee ajateltua sitäkin mahdollisuutta, että ehkä pienikin  tikun ristiin asetus isäntäkehon  immuniteetin puolesta voisi tehdä mahdolliseksi saada viruksesta täydellinen puhdistuma ( kuten  analogisesti  useimpien muittenkin virusinfektioitten yhteydessä tapahtuu).

Yhteenveto 

Ottaen huomioon, että olemasaolevat anti-retroviruslääkkeet ovat lukuisia ja  suurimmaksi osaksi tehokkaita,   suurena haasteena  tällä kentällä  on  edelleen  parantava terapian kehittäminen
On siis mahdollista, että  joko viruksen hypermutaation  tai hypomutaation edistäminen voisi olla sellaisen parantavan hoidon osana.

(6) Mitä haittoja voi APOBEC3 deaminaatioista olla?

 Pohdittaessa APOBEC3 proteiinijärjestelmän liittämisestä mahdollisten uusien antiretroviraalisten strategioiden tutkimuskenttään täytyy ottaa huomioon mahdolliset haitat deaminaatioista.


(I) Eric W. Refsland et Reuben S. Hrris.  The APOBEC3   Family of Retroelement Restriction Factors. In: Intrinsic immunity  Toimittaja  on Bryan R. Culten ( 2013).
Current  Topics in Microbiology and Immunology.
 ISBN 978- 3- 642- 37764-8.


 Vaikka DNAsytosiinideaminaatiolla on ilmeisiä  edullisia vaikutuksia yksittäisille soluille ja koko organismille  saattaa tällä prosessilla  olla melkoisia patologisiakin seuramuksiaan, näistä merkittävin on syöpä.

Esimerkiksi APOBEC1  yliexpressio hiiren maksassa on nättänyt aiheuttavan hpatosellulaarista syöpää ja maksadysplasiaa.

Samoin myös AID transgeneesi voi myös aiheuttaa syöpää ja sen on osoitettu vastaavan joissain lymfosyytti neoplasioissa kromosomaalisten translokaatioitten aloittamisesta ja niihin kuuluu c-myc/IgH tunnusmerkin uudelleenjärjestäytyminen Burkittin lymfoomassa.
AID voi myöskin edistää resistenssiä kemoterapeuttiselle lääkkeelle imatinib.

Kuitenkin APOBEC1 ja AID proteiinein osallistuminen ihmisen syöpään on kyseenalaista, koska niiden esiintymä on rajoittunut niihin kudoksiin, josisa niillä on funktionsa, APOBEC1 esiintyy ohutsuolen enterosyyteissä ja AID B-soluissa.

Sensijaan  APOBEC3-proteiineilla  on laajempi esiintymä-alue, joka käsittää kehon  useimmat kudokset. Laaja esiintymiskirjo, vahva DNA-deaminaasiaktiivisuus ja sytosiinista (C)  tymiiniksi (T) biasis kasvainten  genomisekvensseissä viittaavat vahvasti siihen, että yksi tai useampi APOBEC3 proteiini voi toimia mutaatiolähteenä eri syövissä.

APOBEC3B proteiinista  tuli johtava ehdokas, koska se on  ainutlaatuiesti ja konstitutiivisesti  paikallistunut tumaan perittyään   tumaankuljetusmekanismin AID- proteiinilta.
Äskettäin on havaittu APOBEC3B  yliekspressoituneena eräissä laboratiivisissa rintasyöpäsolulinjoissa,  mutta ei  saatavilla olevissa kontrollisolulinjoisssa.
APOBEC3B -proteiinin ylössäätymän on osoitettu vastaavan kohonneesta genomisesta urasiilipitoisuudesta  ja kohonneesta mutaatiotahdista rintasyöpäsolulinjoissa.   Normaaliin rintarauhaskudokseen verrattuna on havaittu  useimmissa ihmisen rintasyövissä APOBEC3B  proteiinin olevan samalla tavoin vahvasti ylössäätyneenä, kun taas  normaalirintarauhasessa oli APOBEC3B proteiinia   tuskin havaittavia pitoisuuksia. ( Burns et al. 2013).
 APOBEC3B yliesiintymä korreloi tuumorin genomisen mutaatiokuorman  kaksinkertaistumiseen ja suurin osa C:stä T:ksi  transitiomutaatioista tapahtui rekombinantti ABOBEC3B:n  suosimassa motiivissa. 

Kaikenkaikkiaan ollaan kehittämässä mallia siitä,  kuinka APOBEC3B tarjoaa geneettistä  käyttöenergiaa tuumorigeneesiin, joka  yhdistettynä  valintaan   saattaa  auttaa selvittämään monia syövän tuntomerkkejä kuten lisääntyneen vaurioitumisen   DNA:ssa, kohonneen proliferoitumisen, vähentyneen apoptoosin ja massiivin heterogeenisyyden .
Erityisesti APOBEC3B:n ylössäätyminen  korreloi  tuumorisuppressiogeenin TP53  inaktivoitumiseen, mistä voi vahvasti päätellä sen olevan varhainen tuumoria alkava  tekijä.
(Burns et al. 2013).

Ilmeisesti APOBEC3B:n koodaamisessa punniutuu  mahdolliset edut ja mahdolliset karsinogeneesin kustannukset.  Tämän  ilmeisen arvoituksen houkuttelevana selityksenä  saattaa olla se, että  sen luonnollisen immuniteetin  funktio on tärkeä  elämän varhaisvaiheelle  ja lajien terveydelle, esim itusoluissa tai varhaiskehityksessä., kun taas syöpää  sattuu vasta reproduktiivisten vuosien jälkeen useimminin. Joka tapauksessa on aiheellista  selvittää APOBEC3B ja sen osuus rintasyövässä ja amhdollisesti muissakin ihmisen syövissä.

(5) APOBEC3 proteiinit yleensäkin luonnollsiessa immuunipuolustuksessa

(I) Eric W. Refsland et Reuben S. Hrris.  The APOBEC3   Family of Retroelement Restriction Factors. In: Intrinsic immunity  Toimittaja  on Bryan R. Culten ( 2013).
Current  Topics in Microbiology and Immunology.
 ISBN 978- 3- 642- 37764-8.



Exogeenit retrovirukset ovat ihmisillä harvinaisia, mikä pitää yhtä sen ajatuksen  kanssa, että monipuolinen APOBEC3 puolustus antaa  runsaan suojan sen tyypin patogeenejä vastaan. Tästä säännöstä on kuitenkin  yksi poikkeus ja se on HIV. Tuo virus onnistuu osaltaan sen takia lyömään tämän pulustuksen, että sillä on  Vif ja sityen  se hajoitaa solun APOBEC- järjestelmän.

Kuitenkin on näyttöä siitä, että  kauan ennen kuin HIV oli välittynyt ihmiskuntaan on APOBEC3  pystynyt puolustamaan ihmiskunnan genomisia integriteettiä. 

Ottaen huomioon endogeenisten retroelementtien merkitsevä läsnäolo imettäväisgenomeissa, niin niiden elementtien  vaimentaminen saattaa  edustaa  aihetta  alaperheitten olemassolon ja positiivisen valinnan primääriä lähdetta, mitka ovat muovanneet nykypäivän   geenilocuskompleksin ja näiden luonnollisten immuniteetitekijöiden moninaiset funktiot. .

Endogeeniset retroelementit, ne joissa on pitkät LTR päätytoistot kuten  endogeenisilla retroviruksilla  ja  non-LTR- elementit  (SINE, short interspersed nuclear elements) , ovat saattaneet ylläpitää  välttämätöntä  evolutionaalista painetta, mistä  espansoituu  APOBEC3 locuksen expansio  kädellisillä.

Verrattaessa jyrsijöitä ja kädellisiä  näkyy retrotransposonifrekvenssien ero  APOBEC3 proteiinien  lukumäärässä, mikä on kädellisillä seitsemän ja jyrsijöillä yksi.

Joillain edndogeeneillä retroviruksilla on  genomissa  arpensa  APOBEC3F ja APOBEC3G-aktiivisuudesta.
Kun jokin parasiittinen elementti  elinsyklissään  tuottaa välituotteena  yksisäikeistä DNA:ta,  ssDNA muodon, se on alttiina APOBEC3 restriktiolle. .
HIV-1 viruksen lisäksi on raportoitu muita viruksia kuten SIV, MLV, porcine  endogenous retrovirus, foamy virus, ihmisen T-soluleukemiavirus  ja hepatiitti B-virus alttiiksi APOBEC3 - välitteiselle genomin editoinnille.  Onko APOBEC3 restriktio näissä viruksissa osa  luonnollsita immuunivastetta?

Endogeenisilla retroelementeillä ja niiden liikkuvuudella  uskotaan olevan  keskeistä osaa ihmisgenomin  erilaistumisenaikaisessa muovautumisessa.  Prosessilla on kustannuksensa. Lopulta solut ovat  keksineet  puolustusstrategioita ja  säilyttäneet genomista integriteettiä hillitsemällä näiden geneettisten elementtien liikkumista.  APOBEC3 perheen  evoluutio on todennäkösiesti omannut  huomattavaa osaa tässä puolustuksessa ja  retroelementtien  erilaistamisessa  saattaen  ne  hyödyllisemmiksi  isäntälajeille.