HIV-1 proteaasi

HIV -1-proteaasi ( eng.  HIV-1-proteaasi ) on retroviraalinen aspartaattiproteaasi (retropepsiini), entsyymi , jolla on tärkeä rooli ihmisen immuunikatoviruksen (HIV) elinkaaressa [1] [2] . Proteaasi leikkaa syntetisoidut polyproteiinit (erityisesti Gag ja Gag-Pol [3] ) oikeisiin paikkoihin, jolloin muodostuu HIV - virionin kypsiä proteiineja. Ilman proteaasia HIV-virionit pysyvät tarttumattomina [4] [5] . Siten mutaatiot entsyymin aktiivisessa kohdassa tai sen toiminnan estyminen heikentävät HIV:n kykyä replikoitua ja infektoida soluja [6] , mikä tekee proteaasi-inhibiittoreiden etsimisestä monien tutkimusten tavoitteena [7] .

Rakenne ja toiminta

HIV-1-proteaasin rakennetta on tutkittu röntgendiffraktioanalyysillä . Kypsä proteaasi esiintyy 22 kDa:n homodimeerinä, jossa jokainen alayksikkö koostuu 99 aminohappotähteestä [1] . Rakenteellisesti jokainen alayksikkö koostuu yhdeksästä beetalevystä ja yhdestä alfakierteestä [8] .

Aktiivinen keskus sijaitsee alayksiköiden välissä, ja sen aminohapposekvenssi on Asp - Thr - Gly (Asp25, Thr26 ja Gly27) , joka on tyypillinen aspartaattiproteaaseille [2] . Aktiivisen kohdan ydin sisältää yhden aspartaattijäännöksen kustakin alayksiköstä [9] ja on hydrofobinen. Alayksiköiden beta-listat muodostavat kaksi läppää , jotka peittävät aktiivisen alueen ja estävät pääsyn siihen [ 8] . Nämä venttiilit voivat olla eri konformaatioissa (suljettu, puoliavoin, avoin) [10] [11] ja niillä on tärkeä rooli aktiivisen kohdan vuorovaikutuksessa ligandin tai substraatin kanssa [8] [12] .  

HIV-1-proteaasin päätehtävänä on "leikata" prekursoripolyproteiineja (syntetisoidaan käyttämällä viruksen genomiin perustuvaa mRNA :ta ) pieniksi aktiivisiksi proteiineiksi, joista kootaan uusi virioni [8] . Virionin kokoamisen aikana proteaasi suorittaa 12 tällaista leikkausoperaatiota tiukassa järjestyksessä Gag-, Gag-Pol- ja Nef-polyproteiineille [8] . Tämän seurauksena muodostuu virusentsyymejä (käänteiskopioija, integraasi ja proteaasi), rakenneproteiineja ( kapsidi ja nukleokapsidi) ja muita viruksen elinkaaren kannalta välttämättömiä tekijöitä [8] .

Virusproteiinien leikkaamisen lisäksi proteaasi osoittaa myös proteolyyttistä aktiivisuutta isäntäsoluproteiineja vastaan. Tämän entsyymin aiheuttama sytoskeletaalisen proteiinien ( aktiini , desmiini , myosiini , vimentiini jne.) proteolyysi voi aiheuttaa solunekroosia ja apoptoosia , mikä voi olla yksi HIV:n sytotoksisuuden mekanismeista [8] .

Lääketieteellinen merkitys

Koska proteaasilla on erittäin tärkeä rooli HIV:n replikaatiossa, se on yksi lääkehoidon kohteista. Proteaasi-inhibiittorit estävät tämän proteiinin entsymaattisen aktiivisuuden, minkä seurauksena viruspartikkelit eivät pysty kypsymään tarttuvien virionien tasolle. Vuodesta 2007 lähtien useille proteaasi-inhibiittoreille on myönnetty lupa käyttää antiretroviraalista hoitoa [13] .

Yksi ongelmista proteaasi-inhibiittoreiden käytössä osana monoterapiaa on retrovirusten korkea mutaationopeus, jonka vuoksi virukset voivat nopeasti kehittää resistenssiä hoidolle [14] . Pääasiallinen lähestymistapa tämän ongelman ratkaisemiseen oli monimutkaisen hoidon ( HAART ) käyttö, joka koostuu useiden lääkkeiden samanaikaisesta antamisesta, jotka vaikuttavat virusaktiivisuuden eri osa-alueisiin ( käänteiskopioijaentsyymin , integraasin , virionien muodostumisen estäminen jne.) [15] ] [16] .

Koska kaikki käytetyt proteaasi-inhibiittorit tähtäävät entsyymin aktiivisen keskuksen salpaamiseen, sen mutaatiot voivat aiheuttaa resistenssin useille lääkkeille samanaikaisesti [8] . Yksi ratkaisu tähän ongelmaan voi olla allosteeristen inhibiittorien kehittäminen, toisin sanoen suunnattu muille, eri kuin aktiivisille proteiinivyöhykkeille [8] .

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 Davies DR Asparagiiniproteinaasien rakenne ja toiminta.  (englanti)  // Biofysiikan ja biofysikaalisen kemian vuosikatsaus. - 1990. - Voi. 19. - s. 189-215. - doi : 10.1146/annurev.bb.19.060190.001201 . — PMID 2194475 .
2. ↑ 1 2 Brik A. , Wong CH HIV-1-proteaasi: mekanismi ja huumeiden löytäminen.  (englanti)  // Organic & biomolecular kemia. - 2003. - Voi. 1, ei. 1 . - s. 5-14. — PMID 12929379 .
3. ↑ Huang X. , Britto MD , Kear-Scott JL , Boone CD , Rocca JR , Simmerling C. , Mckenna R. , Bieri M. , Gooley PR , Dunn BM , Fanucci GE Valittujen alatyyppien polymorfismien rooli HIV-1-proteaasissa konformationaalinen näytteistys ja dynamiikka.  (englanti)  // The Journal of Biological Chemistry. - 2014. - Vol. 289, nro. 24 . - P. 17203-17214. - doi : 10.1074/jbc.M114.571836 . — PMID 24742668 .
4. ↑ Kräusslich HG , Ingraham RH , Skoog MT , Wimmer E. , Pallai PV , Carter CA Ihmisen immuunikatoviruksen eristetyn biosynteettisen proteinaasin aktiivisuus luonnollisilla substraateilla ja synteettisillä peptideillä.  (englanti)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America. - 1989. - Voi. 86, nro. 3 . - s. 807-811. — PMID 2644644 .
5. ↑ Kohl NE , Emini EA , Schleif WA , Davis LJ , Heimbach JC , Dixon RA , Scolnick EM , Sigal IS Aktiivista ihmisen immuunikatoviruksen proteaasia tarvitaan viruksen tarttuvuuden vuoksi.  (englanti)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America. - 1988. - Voi. 85, nro. 13 . - P. 4686-4690. — PMID 3290901 .
6. ↑ Seelmeier S. , Schmidt H. , Turk V. , von der Helm K. Ihmisen immuunikatoviruksella on asparagiinityyppinen proteaasi, jota pepstatiini A voi estää.  //  Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . - 1988. - Voi. 85, nro. 18 . - P. 6612-6616. — PMID 3045820 .
7. ↑ McPhee F. , Good AC , Kuntz ID , Craik CS . Suunnittelee ihmisen immuunikatoviruksen 1 proteaasin heterodimeerejä viruksen kypsymisen makromolekyylisinä estäjinä.  (englanti)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America. - 1996. - Voi. 93, nro. 21 . - P. 11477-11481. — PMID 8876160 .
8. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Yang H. , Nkeze J. , Zhao RY HIV-1-proteaasin vaikutukset solutoimintoihin ja niiden mahdolliset sovellukset antiretroviraalisessa hoidossa.  (englanti)  // Solut ja biotiede. - 2012. - Vol. 2, ei. 1 . - P. 32. - doi : 10.1186/2045-3701-2-32 . — PMID 22971934 .
9. ↑ Kipp DR , Hirschi JS , Wakata A. , Goldstein H. , Schramm VL Natiivin ja lääkeresistentin HIV-1-proteaasin siirtymätilat ovat samat.  (englanti)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America. - 2012. - Vol. 109, nro. 17 . - P. 6543-6548. - doi : 10.1073/pnas.1202808109 . — PMID 22493227 .
10. ↑ Ding F. , Layten M. , Simmerling C. HIV-1-proteaasiläppien liuosrakenne, joka on tutkittu vertaamalla molekyylidynamiikan simulaatioryhmiä ja EPR-kokeita.  (Englanti)  // Journal of the American Chemical Society. - 2008. - Voi. 130, ei. 23 . - P. 7184-7185. - doi : 10.1021/ja800893d . — PMID 18479129 .
11. ↑ Hornak V. , Okur A. , ​​Rizzo RC , Simmerling C. HIV-1-proteaasiläpät avautuvat spontaanisti ja sulkeutuvat uudelleen molekyylidynamiikan simulaatioissa.  (englanti)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America. - 2006. - Voi. 103, nro. 4 . - s. 915-920. - doi : 10.1073/pnas.0508452103 . — PMID 16418268 .
12. ↑ Huang L. , Chen C. HIV-1-proteaasin automaattisen käsittelyn ymmärtäminen uutta terapeuttista kehitystä varten.  (englanniksi)  // Tulevaisuuden lääkekemia. - 2013. - Vol. 5, ei. 11 . - s. 1215-1229. - doi : 10.4155/fmc.13.89 . — PMID 23859204 .
13. ↑ HP-sijoitus. Rang ja Dalen farmakologia  (neopr.) . – 6. — Philadelphia, Pa., USA: Churchill Livingstone/Elsevier, 2007. — ISBN 9780808923541 .
14. ↑ Watkins T. , Resch W. , Irlbeck D. , Swanstrom R. Korkean tason resistenssin valinta ihmisen immuunikatoviruksen tyypin 1 proteaasi-inhibiittoreille.  (englanniksi)  // Antimikrobiset aineet ja kemoterapia. - 2003. - Voi. 47, nro. 2 . - s. 759-769. — PMID 12543689 .
15. ↑ Moore JP , Stevenson M. Uusia kohteita HIV-1:n replikaation estäjille.  (englanniksi)  // Luontoarvostelut. Molekyylisolubiologia. - 2000. - Voi. 1, ei. 1 . - s. 40-49. - doi : 10.1038/35036060 . — PMID 11413488 .
16. ↑ De Clercq E. HIV- ja HCV-lääkkeiden suunnittelu.  (englanniksi)  // Luontoarvostelut. huumeiden löytö. - 2007. - Voi. 6, ei. 12 . - s. 1001-1018. - doi : 10.1038/nrd2424 . — PMID 18049474 .