HIV-1 protease

HIV-1 protease (Retropepsin)

Proteasedimeren er vist i hvidt og gråt, peptidsubstratet er i sort, og aspartatkæden er i rødt. ( PDB 1KJF )
Identifikatorer
Kode KF 3.4.23.16
CAS nummer 144114-21-6
Enzymdatabaser
IntEnz IntEnz visning
BRENDA BRENDA indgang
ExPASy NiceZyme udsigt
MetaCyc metabolisk vej
KEGG KEGG indgang
PRIAM profil
FBF strukturer RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Gen-ontologi AmiGO  • EGO
Søg
PMC artikler
PubMed artikler
NCBI NCBI proteiner
CAS 144114-21-6

HIV -1 protease ( eng.  HIV-1 protease ) er en retroviral aspartatprotease (retropepsin), et enzym , der spiller en vigtig rolle i livscyklussen for det humane immundefektvirus (HIV) [1] [2] . Proteasen skærer syntetiserede polyproteiner (især Gag og Gag-Pol [3] ) på de rigtige steder, hvilket resulterer i dannelsen af ​​modne proteiner af HIV - virion . Uden proteasen forbliver HIV-virioner ikke-infektiøse [4] [5] . Således forringer mutationer i enzymets aktive sted eller hæmning af dets aktivitet HIV's evne til at replikere og inficere celler [6], hvilket gør søgningen efter proteasehæmmere til fokus for mange undersøgelser [7] .

Struktur og funktion

Strukturen af ​​HIV-1-proteasen er blevet undersøgt ved hjælp af røntgendiffraktionsanalyse . Den modne protease eksisterer som en 22 kDa homodimer, hvor hver underenhed består af 99 aminosyrerester [1] . Strukturelt består hver underenhed af ni beta-ark og en alfahelix [8] .

Det aktive center er placeret mellem underenhederne og har aminosyresekvensen Asp - Thr - Gly (Asp25, Thr26 og Gly27) karakteristisk for aspartatproteaser [2] . Kernen af ​​det aktive sted indeholder en aspartatrest fra hver underenhed [9] og er hydrofob. Beta-lister over underenheder danner to klapper , der dækker den aktive zone, hvilket blokerer adgangen til den [ 8] . Disse ventiler kan være i forskellige konformationer (lukkede, halvåbne, åbne) [10] [11] og spille en vigtig rolle i interaktionen af ​​det aktive sted med liganden eller substratet [8] [12] .  

HIV-1-proteasens hovedfunktion er at "skære" precursorpolyproteiner (syntetiseret ved hjælp af mRNA baseret på virusgenomet) til små aktive proteiner, hvorfra et nyt virion samles [8] . Under samlingen af ​​virionet udfører proteasen 12 sådanne skæreoperationer i streng rækkefølge på Gag-, Gag-Pol- og Nef-polyproteinerne [8] . Som et resultat dannes virale enzymer (revers transkriptase, integrase og protease), strukturelle proteiner ( capsid og nucleocapsid) og andre faktorer, der er nødvendige for virussens livscyklus [8] .

Ud over at skære virale proteiner udviser proteasen også proteolytisk aktivitet mod værtscelleproteiner. Proteolysen af ​​cytoskeletproteiner ( actin , desmin , myosin , vimentin , etc.) forårsaget af dette enzym kan forårsage cellenekrose og apoptose , som kan være en af ​​mekanismerne for HIV-cytotoksicitet [8] .

Medicinsk betydning

Da proteasen spiller en meget vigtig rolle i HIV-replikation, er den et af målene for lægemiddelbehandling. Proteaseinhibitorer blokerer den enzymatiske aktivitet af dette protein, som et resultat af hvilket de virale partikler ikke er i stand til at modnes til niveauet af infektiøse virioner. Fra 2007 er flere proteasehæmmere blevet godkendt til brug i antiretroviral terapi [13] .

Et af problemerne ved brugen af ​​proteasehæmmere som en del af monoterapi er den høje mutationsrate af retrovira, på grund af hvilken vira hurtigt kan udvikle resistens mod terapi [14] . Hovedtilgangen til at løse dette problem var brugen af ​​kompleks terapi ( HAART ), som består i den samtidige administration af flere lægemidler, der virker på forskellige aspekter af viral aktivitet (hæmning af revers transkriptase , integrase , virionsamling osv.) [15 ] [16] .

Da alle brugte proteasehæmmere har til formål at blokere enzymets aktive center, kan mutationer i det forårsage resistens over for flere lægemidler samtidigt [8] . En af løsningerne på dette problem kan være udviklingen af ​​allosteriske inhibitorer, det vil sige rettet mod andre, forskellige fra de aktive proteinzoner [8] .

Noter

  1. ↑ 1 2 Davies DR Asparaginproteinasernes struktur og funktion.  (engelsk)  // Årlig gennemgang af biofysik og biofysisk kemi. - 1990. - Bd. 19. - S. 189-215. - doi : 10.1146/annurev.bb.19.060190.001201 . — PMID 2194475 .
  2. ↑ 1 2 Brik A. , Wong CH HIV-1 protease: mekanisme og lægemiddel opdagelse.  (engelsk)  // Organisk & biomolekylær kemi. - 2003. - Bd. 1, nr. 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 Rollen af ​​udvalgte subtype-polymorfier på HIV-1-protease konformationel sampling og dynamik.  (engelsk)  // The Journal of biological chemistry. - 2014. - Bd. 289, nr. 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 Aktivitet af isoleret biosyntetisk proteinase af human immundefektvirus på naturlige substrater og syntetiske peptider.  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1989. - Bd. 86, nr. 3 . - s. 807-811. — PMID 2644644 .
  5. ↑ Kohl NE , Emini EA , Schleif WA , Davis LJ , Heimbach JC , Dixon RA , Scolnick EM , Sigal IS Aktiv human immundefekt virusprotease er nødvendig for viral infektivitet.  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1988. - Bd. 85, nr. 13 . - P. 4686-4690. — PMID 3290901 .
  6. ↑ Seelmeier S. , Schmidt H. , Turk V. , von der Helm K. Human immundefektvirus har en asparagin-type protease, der kan hæmmes af pepstatin A.  //  Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . - 1988. - Bd. 85, nr. 18 . - P. 6612-6616. — PMID 3045820 .
  7. ↑ McPhee F. , Good AC , Kuntz ID , Craik CS Engineering human immundeficiency virus 1 protease heterodimerer som makromolekylære inhibitorer af viral modning.  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1996. - Bd. 93, nr. 21 . - P. 11477-11481. — PMID 8876160 .
  8. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Yang H. , Nkeze J. , Zhao RY Effekter af HIV-1-protease på cellulære funktioner og deres potentielle anvendelser i antiretroviral terapi.  (engelsk)  // Celle & biovidenskab. - 2012. - Bd. 2, nr. 1 . - S. 32. - doi : 10.1186/2045-3701-2-32 . — PMID 22971934 .
  9. ↑ Kipp DR , Hirschi JS , Wakata A. , Goldstein H. , Schramm VL Overgangstilstande for naturlig og lægemiddelresistent HIV-1-protease er de samme.  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2012. - Bd. 109, nr. 17 . - P. 6543-6548. - doi : 10.1073/pnas.1202808109 . — PMID 22493227 .
  10. ↑ Ding F. , Layten M. , Simmerling C. Opløsningsstruktur af HIV-1-proteaseflapper undersøgt ved sammenligning af molekylær dynamik-simuleringsensembler og EPR-eksperimenter.  (engelsk)  // Journal of the American Chemical Society. - 2008. - Bd. 130, nr. 23 . - s. 7184-7185. - doi : 10.1021/ja800893d . — PMID 18479129 .
  11. ↑ Hornak V. , Okur A. , ​​Rizzo RC , Simmerling C. HIV-1-proteaseflapper åbner spontant og genlukkes i simuleringer af molekylær dynamik.  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2006. - Bd. 103, nr. 4 . - S. 915-920. - doi : 10.1073/pnas.0508452103 . — PMID 16418268 .
  12. ↑ Huang L. , Chen C. Understanding HIV-1 protease autoprocessing til ny terapeutisk udvikling.  (engelsk)  // Fremtidig medicinsk kemi. - 2013. - Bd. 5, nr. 11 . - S. 1215-1229. - doi : 10.4155/fmc.13.89 . — PMID 23859204 .
  13. ↑ HP-rangering. Rang og Dales farmakologi  (neopr.) . — 6. — Philadelphia, Pa., USA: Churchill Livingstone/Elsevier, 2007. — ISBN 9780808923541 .
  14. ↑ Watkins T. , Resch W. , Irlbeck D. , Swanstrom R. Udvælgelse af høj-niveau resistens over for human immundefekt virus type 1 proteaseinhibitorer.  (engelsk)  // Antimikrobielle midler og kemoterapi. - 2003. - Bd. 47, nr. 2 . - s. 759-769. — PMID 12543689 .
  15. ↑ Moore JP , Stevenson M. Nye mål for inhibitorer af HIV-1-replikation.  (engelsk)  // Naturanmeldelser. Molekylær cellebiologi. - 2000. - Vol. 1, nr. 1 . - S. 40-49. - doi : 10.1038/35036060 . — PMID 11413488 .
  16. ↑ De Clercq E. Designet af lægemidler til HIV og HCV.  (engelsk)  // Naturanmeldelser. opdagelse af lægemidler. - 2007. - Bd. 6, nr. 12 . - S. 1001-1018. - doi : 10.1038/nrd2424 . — PMID 18049474 .