Forskare avslöjar första högupplösta strukturen av nyckelprotein i herpesvirus – banar väg för nya antivirala läkemedel
Genombrott med kryo-EM avslöjar flera läkemedelsmål i ett essentiellt HSV-1-replikationsprotein.
Ett internationellt forskarteam har för första gången fastställt högupplösta strukturer av herpes simplex-virusets origin-bindande protein (OBP), en avgörande komponent i virusets DNA-replikation som undgått strukturell kartläggning i över fyra decennier. Resultaten, som publicerats i Nucleic Acids Research, avslöjar oväntade mekanismer för hur viruset initierar DNA-replikation och identifierar flera lovande läkemedelsmål för nästa generations antivirala läkemedel.
Med hjälp av kryoelektronmikroskopi (cryo-EM) har forskare från Karolinska Institutet, Göteborgs universitet och Centre for Structural Systems Biology i Hamburg tagit detaljerade bilder av OBP med upplösningar upp till 2,8 Å. Strukturerna visar proteinet i flera funktionella tillstånd, bundet till virusets DNA-originsekvenser och i komplex med en ATP-analog, vilket ger enastående insikter i de tidigaste stadierna av herpesvirusets replikation.
– Detta är särskilt viktigt eftersom nuvarande behandlingar mot HSV-1 nästan uteslutande riktar sig mot virusets DNA-polymeras, och vi ser en ökande resistens mot dessa läkemedel, särskilt hos immunsupprimerade patienter, säger korresponderande författare Martin Hällberg från institutionen för cell- och molekylärbiologi, Karolinska Institutet.
– OBP representerar ett helt nytt läkemedelsmål som verkar ännu tidigare i virusets livscykel, innan polymeraset rekryteras.
Oväntad struktur avslöjar regleringsmekanismer
Strukturerna innehöll flera överraskningar. Istället för den tidigare föreslagna konfigurationen bildar OBP en huvud-till-svans-dimer med en unik regleringsmekanism: den yttersta C-terminalen på varje proteinmolekyl träs genom sin partner och positionerar sig nära ATP-bindningsfickan. Detta förklarar en långvarig paradox, varför borttagning av denna region ökar helikasaktiviteten men minskar den övergripande replikationseffektiviteten.
– C-terminalen verkar fungera som en inbyggd broms på helikasaktiviteten, förklarar försteförfattaren Emil Gustavsson från CSSB Centre for Structural Systems Biology. När virusets enkelsträngade DNA-bindande protein ICP8 binder till OBP, frigörs sannolikt denna broms, vilket koordinerar övergången från originigenkänning till aktiv DNA-upprullning.
Flera läkemedelsmål identifierade
De högupplösta strukturerna identifierar flera potentiella läkemedelsmål för utveckling av antivirala läkemedel. Den unika DNA-bindande motivet som känner igen virusets originsekvenser är ett lovande läkemedelsmål, eftersom det är avgörande för att viruset ska kunna identifiera var replikationen ska börja. Dimergränssnittet, som krävs för proteinets stabilitet och funktion, erbjuder ytterligare en möjlighet till intervention.
Dessutom kan ICP8-bindningsregionen som reglerar helikasaktiviteten riktas in för att störa samordningen mellan virusproteiner. Kanske mest intressant är att strukturerna avslöjar en ovanlig konfiguration av ATP-bindningsfickan som skiljer sig från andra helikaser, vilket potentiellt möjliggör utveckling av mycket specifika hämmare.
– Vi har i princip tillhandahållit en molekylär ritning för läkemedelsdesign, säger medförfattaren Per Elias från Göteborgs universitet. Dessa olika angreppspunkter kan hjälpa till att övervinna resistensmekanismer och potentiellt även förhindra virusets reaktivering från latens. Lika viktigt är att vi nu kan adressera regleringsfunktioner i virusets DNA-replikation under både latens och lytisk replikation.
Betydelse bortom nuvarande behandlingar – särskilt för cancerpatienter
Eftersom cirka 70 % av världens befolkning bär på HSV-1, med symtom som sträcker sig från munsår till potentiellt dödlig encefalit, är behovet av alternativa behandlingar akut. Framväxten av läkemedelsresistenta stammar, särskilt hos immunsupprimerade patienter, har gjort utvecklingen av nya antivirala medel till en prioritet.
Utmaningen är särskilt stor för cancerpatienter som genomgår kemoterapi eller benmärgstransplantation, där behandlingsinducerad immunosuppression ofta triggar reaktivering av latenta herpesvirus, vilket skapar en ytterligare börda för dessa utsatta patienter. När läkemedelsresistens uppstår hos immunsupprimerade patienter tvingas kliniker ofta använda mindre effektiva eller mer toxiska alternativ som foskarnet, vilket understryker det akuta behovet av nya terapeutiska lösningar.
Det finns också ett växande intresse för neurotrofa herpesvirus, såsom herpes simplex och varicella zoster-virus, och deras potentiella roll i utvecklingen av neurodegenerativa sjukdomar. Nya läkemedel som syftar till att förhindra reaktivering av herpesvirus från latens kan erbjuda alternativ för att förebygga och behandla dessa förödande tillstånd.
Finansiering
Forskningen har finansierats av Vetenskapsrådet, Cancerfonden och Helmholtz Association. Kryo-EM-data samlades in vid 3D-EM-anläggningen vid Karolinska Institutet och Centre for Structural Systems Biology i Hamburg.
Publikationen
The herpes simplex origin-binding protein: mechanisms for sequence-specific DNA binding and dimerization revealed by Cryo-EM Open Access
Emil Gustavsson, Kay Grünewald, Per Elias, B Martin Hällberg
Nucleic Acids Research, Volume 53, Issue 19, 28 October 2025
De strukturella koordinaterna, kryo-EM-kartorna och rådata har deponerats i Protein Data Bank, Electron Microscopy Data Bank och Electron Microscopy Public Image Archive för användning av det bredare vetenskapliga samfundet.