Enamik inimesi seostab papilloomiviirust eelkõige emakakaelavähiga, mille vastu on olemas tõhusad vaktsiinid. Vähem teatakse aga seda, et suur osa HPV-tüvesid nakatab hoopis nahka. Kuigi tervetel inimestel viib see raskete haiguste tekkeni võrdlemisi harva, kujutavad need nõrgenenud immuunsüsteemiga inimestele tõsist ohtu.

"Viimastel aastatel on leitud, et need viirused on väga tugevalt seotud naha lamerakulise kartsinoomiga – ühe peamise mitte-melanoomse nahavähivormiga inimestel, kelle immuunsüsteemi toimimine on häiritud," selgitas Tartu Ülikooli molekulaarviroloogia kaasprofessor Alla Piirsoo. Riskirühma kuuluvad teiste seas sajad tuhanded organisiirdamise patsiendid, ligi 39 miljonit HIV-positiivset inimest ning vähihaiged, kes saavad immuunsüsteemi pärssivat ravi.

Siiani pole olemas aga ravimit, mis võtaks nakkuse korral sihikule just need probleeme valmistavad inimeste papilloomiviirused. Kasu pole ka turul olevatest vaktsiinidest. Need toimivad vaid limaskesti nakatavate HPV tüvede vastu ega paku kaitset nahka nakatavate viirusetüvede vastu. Samuti ei võimalda vaktsiinid lahti saada juba olemasolevast nakkusest.

Kuna selliste patsientide immuunvastus on lisaks reeglina nõrk, on viirusevastaste ravimite järele kasvav vajadus.

Nõel heinakuhjas?

Olukorra parandamiseks asus Alla Piirsoo kolleegidega otsima ühendit, mis suudaks nahka nakatavate viiruste paljunemist peatada. Selleks käisid nad läbi USA riikliku vähiinstituudi kemikaalide kogu, mis sisaldab 1584 paljulubavat ühendit.

"Põhimõtteliselt on tegemist nõela otsimisega heinakuhjast, aga see kuhi ei koosne mitte juhuslikult niidetud heinast, vaid eelvalitud väärtuslikest kõrtest," sõnas kaasprofessor. Kogusse on valitud võimalikult erineva struktuuri ja toimega ühendid, mille kohta on olemas ka varasem taustainfo. 

Uuringu tarbeks töötasid teadlased välja nutika katseskeemi. Nad kasutasid inimrakke, milles nahka nakatavad HPV-viirused eriti hästi paljunevad. Eelnevalt muutis töörühm viiruse pärilikkusainet viisil, et see paneks raku tootma reportervalku nanolutsiferaasi. Ensüümi helenduse tugevuse järgi saab mõõta omakorda viiruse paljunemise edukust. Seejärel töötlesid teadlased rakke paljutõotavate ühenditega ja mõõtsid signaali tugevust.

Ehkki arvutusvõimsused ja programmid on jõudsalt arenenud, on bioloogilised süsteemid äärmiselt keerukad, mistõttu on taoliste laborikatsete tegemine endiselt möödapääsmatu. "Praegused arvutuslikud tööriistad ei suuda selliseid süsteeme veel kuigi tõhusalt modelleerida," nentis Piirsoo.​ Sõeluuringu tegemise ajal polnud ka töörühmal pipeteerimisroboteid, mistõttu käis kõik käsitsi.

Töö tulemusena jäi sõelale ühend NSC51349. Laborikatsetes pärssis see tõhusalt mitme nahavähiga seotud HPV tüübi (sh 5, 8 ja 38) paljunemist, kuid ei mõjutanud sealjuures rakkude endi eluvõimet ega normaalset talitlust.

Ülitäpne sihik

Avastuse üks olulisemaid külgi on leitud ühendi valikulisus. NSC51349 takistab viiruse paljunemist, seondudes viiruse E2-nimelise valguga, mis on vajalik viiruse geenide sisse- ja väljalülitamiseks. Kui aine end selle külge haagib, pärsib see E2 valgu võimet aktiveerida ühte viiruse paljunemiseks hädavajalikku geeni.

Piirsoo sõnul peitub valikulisuse põhjus valkude ehituses. "Meie arvutimodelleerimine näitab, et leitud ühend seostub spetsiifiliste motiividega HPV5 E2 valgu pinnal. Need motiivid on nahka nakatavate HPV-tüüpide seas väga hästi konserveerunud, kuid limaskesta nakatavate HPV tüüpide puhul ei ole need kas konserveerunud või puuduvad üldse," selgitas kaasprofessor.

Töörühm ennustas E2-valgu kolmemõõtmeline kuju tehisintellektil põhineva AlphaFoldi programmi abil ja viimistleti arvutisimulatsiooniga (vasakul). Valgu erinevad osad on tähistatud värvidega: kollane on valgu algusosa, roheline DNA-ga seonduv osa ja lilla neid ühendav liikuv osa.

Arvutiprogrammi abil ennustasid teadlased (paremal), kuhu täpselt E2-valgu külge võiks NSC51349 ühend kinnituda. Ennustuse kohaselt toimub seondumine valgu kahe eri piirkonna vahel, mis on joonisel ka värvidega esile toodud (vasakpoolne pilt). Ühendi täpne asend seondumiskohas arvutati välja teise programmiga. Võimalikud keemilised sidemed, mis ühendit paigal hoiavad, on tähistatud kollaste kriipsjoontega (parempoolne pilt).

Sama põhjus kindlustab, et ühend ei kahjusta inimese enda rakke. "Leitud kemikaali peamine eelis on see, et viiruse vastu efektiivsetes ja edasiseks ravimiarenduseks sobivates kontsentratsioonides ei avalda see inimrakkudele tsütotoksilist mõju," kinnitas Piirsoo. Kuna inimese valkudel sarnased seondumiskohad puuduvad, võiks see tähendada ka vähem kõrvaltoimeid.

Sõeluuringus jäi teadlastele silma teinegi ühend. Esmapilgul tundus see isegi lootustandvam, kuna pärssis eranditult kõiki uuritud HPV-tüüpe. Lähemal uurimisel selgus aga, et aine oli inimese rakkudele mürgine ja peatas nende normaalse elutsükli, mistõttu sellest loobuti.

"Kahjuks on sellised "miks-meil-ei-saa-olla-häid-asju"-hetked ravimarenduses üsna tavalised – esmane hurraa-optimism asendub lisakatsete tulemusel halli argipäevaga. Kuid need on ka hindamatud õppimisvõimalused, mis sunnivad meid täiustama nii meie ühendeid kui ka sõelumisstrateegiaid," sõnas Piirsoo.

Tee apteegiriiulile

Kuigi avastus on paljulubav, võib võtta edasine ravimiarendus veel aastaid. Alla Piirsoo tõi võrdluse spordimaailmast. "Ees ootab pikk tee, sest ravimite arendamine on tõepoolest rohkem maratoni moodi," leidis kaasprofessor: "Veelgi rohkem on see triatloni moodi, kus mingitel hetkedel peab arenduse käigus hakkama hoopis teistsuguseid tegevusi tegema, mis väljuvad kaugelt ühe molekulaarbioloogi pädevusest."

Eduka tulemuseni jõudmiseks on vaja kaasata keemikuid, arstiteadlasi ja innovatsioonispetsialiste. Järgmise sammuna plaanivad teadlased ühendit optimeerida, et muuta see veelgi tõhusamaks, ning alustada loomkatsetega. Esimesena plaanitakse katseid teha küülikutega, mis on levinud mudel nahavähi uurimiseks. 

"Kui ühend osutub in vivo (ehk elusorganismis) efektiivseks, annaks see tugeva tõendi, et seda saab arendada toimivaks HPV-vastaseks ravimiks," lootis Piirsoo. Kuna ravimiarendus on aga kallis, on ravimikandidaadini jõudmiseks tarviliku rahastuse leidmine suur väljakutse. Esmase toetuse on teadlased saanud Eesti riigilt, mis võimaldab osade plaanidega siiski edasi liikuda.

Teadlased kirjeldavad oma tööd ajakirjas Journal of Virology.