Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с протеазы ВИЧ )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Протеаза ВИЧ-1 (ретропепсин)
Аспарагиновая протеаза.png
Димер протеазы ВИЧ-1 выделен белым и серым цветом, пептидный субстрат - черным, а боковые цепи активного центра аспартата - красным. ( PDB : 1KJF )
Идентификаторы
Номер ЕС3.4.23.16
Количество CAS144114-21-6
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки

Протеаза ВИЧ-1 (PR) представляет собой ретровирусную аспартилпротеазу (ретропепсин), фермент, участвующий в гидролизе пептидных связей в ретровирусах, который необходим для жизненного цикла ВИЧ , ретровируса , вызывающего СПИД . [1] [2] ВИЧ-протеаза расщепляет вновь синтезированные полипротеины (а именно, Gag и Gag- Pol [3] ) в девяти сайтах расщепления с образованием зрелых белковых компонентов вириона ВИЧ , инфекционной формы вируса вне клетки-хозяина. . [4]Без эффективной протеазы ВИЧ вирионы ВИЧ остаются неинфекционными. [5] [6]

Структура [ править ]

Протеаза ВИЧ-1 маркирована в соответствии с ее сходством с английским бульдогом или толстым котом. [7] Синяя и сине-зеленая ленты изображают пептидную основу структуры дикого типа ( 1D4S ) и мутантной ( 1KZK ) структуры соответственно.

Зрелая протеаза ВИЧ существует в виде гомодимера 22 кДа , каждая субъединица которого состоит из 99 аминокислот. [1] Один активный сайт находится между идентичными субъединицами и имеет характерную последовательность каталитической триады Asp - Thr - Gly (Asp25, Thr26 и Gly27) , общую для аспарагиновых протеаз. [8] Поскольку PR ВИЧ-1 может функционировать только как димер, зрелая протеаза содержит две аминокислоты Asp25, по одной от каждого мономера, которые действуют вместе друг с другом как каталитические остатки. [9] Кроме того, протеаза ВИЧ имеет два молекулярных «лоскута», которые перемещаются на расстояние до 7 Å, когда фермент связывается с субстратом.[10] Это можно визуализировать с помощью анимации открывания и закрывания закрылков .

Синтез [ править ]

Область Gag-Pol, содержащая ген протеазы, фланкированный p6 pol на N-конце и обратной транскриптазой на C-конце. " Hxb2genome "

Предшественник [ править ]

Полипротеин Gag-Pol, который содержит преждевременно кодирующие белки, включая PR ВИЧ-1. [9] PR расположен между обратной транскриптазой (которая находится на C-конце PR) и p6 pol (которая находится на N-конце PR) области трансфрейма (TFR). [11]

Чтобы этот предшественник стал функциональным белком, каждый мономер должен ассоциироваться с другим PR-мономером ВИЧ-1 с образованием функционального каталитического активного центра, каждый из которых вносит вклад в Asp25 своих соответствующих каталитических триад. [9]

Механизм синтеза [ править ]

Когда вирусная РНК ВИЧ попадает в клетку, она сопровождается обратной транскриптазой , интегразой и зрелым PR ВИЧ-1. Обратная транскриптаза преобразует вирусную РНК в ДНК, облегчая роль интегразы во включении вирусной генетической информации с ДНК клетки-хозяина. [2] Вирусная ДНК может либо оставаться в спящем состоянии в ядре, либо транскрибироваться в мРНК и транслироваться клеткой-хозяином в полипротеин Gag-Pol, который затем расщепляется на отдельные функциональные белки (включая вновь синтезированный PR ВИЧ-1). зрелым PR ВИЧ-1. [9]

Предшественник PR ВИЧ-1 катализирует собственное производство, облегчая его отщепление от полипротеина Gag-Pol с помощью механизма, известного как авто-процессинг. Автообработка PR ВИЧ-1 характеризуется двумя последовательными этапами: (1) внутримолекулярное расщепление N-конца в сайте расщепления p6 pol- протеиназой, которое служит для завершения процессинга PR и увеличения ферментативной активности с вновь образованным PR. - промежуточное звено обратной транскриптазы и (2) межмолекулярное расщепление С-конца в сайте расщепления протеазой-обратной транскриптазой, приводящее к сборке двух субъединиц PR в зрелые димеры. [12] [13] Димеризация двух субъединиц позволяет сформироваться полностью функциональному объединенному активному центру, характеризующемуся двумя каталитическими остатками Asp25 (по одному от каждого мономера).[14]

Димер протеазы ВИЧ-1 (зеленый и голубой) с активным центром Asp-25 красного цвета.
В комплексе с ингибитором BEA369 (изображен в виде палочек с углеродом белым, азотом синим, кислородом красным). ( PDB : 1EBY )

Функция [ править ]

ВИЧ-1 PR служит двойной цели. PR-предшественник ВИЧ-1 отвечает за катализирование собственного производства зрелых ферментов PR посредством автообработки PR. [15] Зрелая протеаза способна гидролизовать пептидные связи на полипротеинах Gag-Pol в девяти конкретных сайтах, превращая полученные субъединицы в зрелые, полностью функциональные белки. Эти расщепленные белки, включая обратную транскриптазу, интегразу и РНКазу H, кодируются компонентами кодирующей области, необходимыми для репликации вируса. [4]

Механизм [ править ]

Как аспарагиновая протеаза, димеризованный PR ВИЧ-1 действует через комплекс аспартильной группы, чтобы осуществить гидролиз. Из двух остатков Asp25 на объединенном каталитически активном сайте PR ВИЧ-1 один депротонирован, а другой протонирован из-за отличий pKa от микросреды. [16]

В общем механизме аспарагиновой протеазы, как только субстрат должным образом связывается с активным сайтом фермента, депротонированная каталитическая аминокислота Asp25 подвергается основному катализу, делая входящую молекулу воды лучшим нуклеофилом за счет ее депротонирования. Образующийся гидроксильный ион атакует карбонильный углерод пептидной связи, образуя промежуточный продукт с временным оксианионом, который стабилизируется первоначально протонированным Asp25. Оксианион повторно образует двойную связь, что приводит к разрыву пептидной связи между двумя аминокислотами, в то время как первоначально депротонированный Asp25 подвергается кислотному катализу, чтобы отдать свой протон аминогруппе, что делает аминогруппу лучшей уходящей группой для полной разрыв пептидной связи и возвращение в исходное депротонированное состояние. [2] [17]

Хотя PR ВИЧ-1 имеет многие из тех же характеристик, что и невирусная аспарагиновая протеаза, некоторые данные показали, что PR ВИЧ-1 согласованно катализирует гидролиз; Другими словами, нуклеофильная молекула воды и протонированный Asp25 одновременно атакуют ножничную пептидную связь во время катализа. [17] [18]

Каталитический механизм общей аспартил протеазы, содержащей два характерных остатка Asp25 в депротонированной и протонированной формах. " Аспартил протеиновый механизм.png "

В качестве мишени для наркотиков [ править ]

Протеаза ВИЧ-1 имеет классический AspThrGly из аспартил-протеаз. Эти аминокислоты расположены в положениях 25, 26 и 27 и отвечают за каталитическую активность.

Протеаза ВИЧ, играющая неотъемлемую роль в репликации ВИЧ, является основной мишенью для лекарственной терапии. Ингибиторы протеазы ВИЧ работают за счет специфического связывания с активным сайтом, имитируя тетраэдрический промежуточный продукт его субстрата и по существу «застревая», выводя из строя фермент. После сборки и почкования вирусные частицы, лишенные активной протеазы, не могут созреть в инфекционные вирионы. Несколько ингибиторов протеазы были лицензированы для лечения ВИЧ. [19]

Есть десять ингибиторов PR ВИЧ-1, которые в настоящее время одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов . К ним относятся индинавир , саквинавир , ритонавир , нелфинавир , лопинавир , ампренавир , фосампреневир , атазанавир , типранавир и дарунавир.. Многие из ингибиторов имеют разные молекулярные компоненты и, следовательно, разные механические действия, такие как блокирование активного центра. Их функциональная роль также распространяется на влияние на концентрации других ингибиторов (ритонавир) в циркуляции и используется только в определенных обстоятельствах, когда вирус проявляет толерантность к другим ингибиторам (типранавир). [4] [20]

Эволюция и сопротивление [ править ]

Из-за высокой скорости мутаций ретровирусов, особенно из-за чувствительных к мутациям областей (особенно области, содержащей последовательность каталитической триады), и учитывая, что изменения нескольких аминокислот в протеазе ВИЧ могут сделать ее гораздо менее заметной для ингибитора, активный сайт этого фермента может быстро изменяться под действием селективного давления препаратов, ингибирующих репликацию. [21] [22]

Два типа мутаций обычно связаны с увеличением лекарственной устойчивости: «основные» мутации и «вторичные» мутации. Основные мутации включают мутацию в активном сайте PR ВИЧ-1, предотвращающую его связывание селективными ингибиторами. Вторичные мутации относятся к молекулярным изменениям на периферии фермента из-за длительного воздействия аналогичных химических веществ, потенциально влияющих на специфичность ингибитора PR ВИЧ-1. [3]

Один из подходов к минимизации развития лекарственной устойчивости у ВИЧ - это введение комбинации лекарств, которые подавляют несколько ключевых аспектов цикла репликации ВИЧ одновременно, а не по одному лекарству за раз. Другие мишени лекарственной терапии включают обратную транскриптазу , прикрепление вируса, слияние мембран, интеграцию кДНК и сборку вирионов. [23] [24]

См. Также [ править ]

  • Ведение ВИЧ / СПИДа
  • Открытие и разработка ингибиторов протеазы ВИЧ

Внешние ссылки [ править ]

  • Merops онлайновой базы данных для пептидазы и их ингибиторов: A02.001
  • Proteopedia HIV-1_protease - структура протеазы ВИЧ-1 в интерактивном 3D.
  • Proteopedia Flaps_Morph_for_HIV_Protease - Анимация открывания и закрывания закрылков на основе рентгеновских кристаллических структур.
  • ВИЧ-1 + протеаза в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Дэвис Д.Р. (1990). «Структура и функция аспарагиновых протеиназ» . Ежегодный обзор биофизики и биофизической химии . 19 (1): 189–215. DOI : 10.1146 / annurev.bb.19.060190.001201 . PMID  2194475 .
  2. ^ a b c Brik A, Wong CH (январь 2003 г.). «Протеаза ВИЧ-1: механизм и открытие лекарств». Органическая и биомолекулярная химия . 1 (1): 5–14. DOI : 10.1039 / b208248a . PMID 12929379 . 
  3. ^ а б Хуанг X, Бритто MD, Кир-Скотт JL, Boone CD, Rocca JR, Simmerling C, Mckenna R, Bieri M, Gooley PR, Dunn BM, Fanucci GE (июнь 2014 г.). «Роль выбранных полиморфизмов подтипа на выборку конформаций протеазы ВИЧ-1 и динамику» . Журнал биологической химии . 289 (24): 17203–14. DOI : 10.1074 / jbc.M114.571836 . PMC 4059161 . PMID 24742668 .  
  4. ^ a b c Lv Z, Chu Y, Wang Y (апрель 2015 г.). «Ингибиторы протеазы ВИЧ: обзор молекулярной селективности и токсичности» . ВИЧ / СПИД: исследования и паллиативная помощь . 7 : 95–104. DOI : 10.2147 / hiv.s79956 . PMC 4396582 . PMID 25897264 .  
  5. ^ Kräusslich HG, Ingraham RH, Скоог MT, Wimmer E, Pallai PV, Картер CA (февраль 1989). «Активность очищенной биосинтетической протеиназы вируса иммунодефицита человека на природных субстратах и ​​синтетических пептидах» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 86 (3): 807–11. Bibcode : 1989PNAS ... 86..807K . DOI : 10.1073 / pnas.86.3.807 . PMC 286566 . PMID 2644644 .  
  6. ^ Коль NE, Emini EA, Schleif WA, Davis LJ, Heimbach JC, Dixon RA, Scolnick EM, Sigal IS (июль 1988 г.). «Активная протеаза вируса иммунодефицита человека необходима для вирусной инфекционности» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 85 (13): 4686–90. Bibcode : 1988PNAS ... 85.4686K . DOI : 10.1073 / pnas.85.13.4686 . PMC 280500 . PMID 3290901 .  
  7. ^ Perryman AL, Lin JH, McCammon JA (апрель 2004). «Молекулярная динамика протеазы ВИЧ-1 дикого типа и мутанта V82F / I84V: возможный вклад в устойчивость к лекарствам и потенциальный новый сайт-мишень для лекарств» (PDF) . Белковая наука . 13 (4): 1108–23. DOI : 10.1110 / ps.03468904 . PMC 2280056 . PMID 15044738 . Архивировано из оригинального (PDF) 16 декабря 2008 года.   
  8. ^ Чаттерджи A, P Мридула Мишра РК, Mittal R, Hosur RV (март 2005). «Фолдинг регулирует автообработку предшественника протеазы ВИЧ-1» . Журнал биологической химии . 280 (12): 11369–78. DOI : 10.1074 / jbc.M412603200 . PMID 15632156 . 
  9. ^ a b c d Pettit SC, Everitt LE, Choudhury S, Dunn BM, Kaplan AH (август 2004 г.). «Первоначальное расщепление предшественника вируса иммунодефицита человека типа 1 GagPol его активированной протеазой происходит по внутримолекулярному механизму» . Журнал вирусологии . 78 (16): 8477–85. DOI : 10,1128 / JVI.78.16.8477-8485.2004 . PMC 479095 . PMID 15280456 .  
  10. ^ Миллер M, Schneider J, Сатьянараяна Б.К., Toth М.В., Маршалл Р., Клоусон L, L SELK, Kent SB, Wlodawer A (декабрь 1989). «Структура комплекса синтетической протеазы ВИЧ-1 с ингибитором на основе субстрата при разрешении 2,3 A». Наука . 246 (4934): 1149–52. DOI : 10.1126 / science.2686029 . PMID 2686029 . 
  11. ^ Луис JM, Clore GM, Gronenborn AM (сентябрь 1999). «Автопроцессинг протеазы ВИЧ-1 тесно связан с укладкой белка». Структурная биология природы . 6 (9): 868–75. DOI : 10.1038 / 12327 . PMID 10467100 . S2CID 6375519 .  
  12. ^ Луи Дж. М., Нашед Н. Т., Пэррис К. Д., Киммел А. Р., Джерина Д. М. (август 1994 г.). «Кинетика и механизм автопроцессинга протеазы вируса иммунодефицита человека 1 типа из аналога полипротеина Gag-Pol» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 91 (17): 7970–4. Bibcode : 1994PNAS ... 91.7970L . DOI : 10.1073 / pnas.91.17.7970 . PMC 44526 . PMID 8058744 .  
  13. ^ Wondrak Е.М., Nashed NT, Haber MT, Jerina DM, Louis JM (февраль 1996). «Временный предшественник протеазы ВИЧ-1. Выделение, характеристика и кинетика созревания» . Журнал биологической химии . 271 (8): 4477–81. DOI : 10.1074 / jbc.271.8.4477 . PMID 8626801 . 
  14. ^ Чжан S, Каплан AH, Тропша A (ноябрь 2008). «Исследование функции и структуры протеазы ВИЧ-1 с помощью метода упаковки симплициального соседства» . Белки . 73 (3): 742–53. DOI : 10.1002 / prot.22094 . PMC 2765824 . PMID 18498108 .  
  15. Перейти ↑ Huang L, Chen C (июль 2013 г.). «Понимание автоматической обработки протеазы ВИЧ-1 для новых терапевтических разработок» . Медицинская химия будущего . 5 (11): 1215–29. DOI : 10.4155 / fmc.13.89 . PMC 3826259 . PMID 23859204 .  
  16. ^ Smith R, Бреретон IM, Chai RY, Kent SB (ноябрь 1996). «Состояния ионизации каталитических остатков в протеазе ВИЧ-1». Структурная биология природы . 3 (11): 946–50. DOI : 10.1038 / nsb1196-946 . PMID 8901873 . S2CID 1076528 .  
  17. ^ a b Liu H, Müller-Plathe F, van Gunsteren WF (август 1996 г.). «Комбинированное квантовое / классическое молекулярно-динамическое исследование каталитического механизма протеазы ВИЧ». Журнал молекулярной биологии . 261 (3): 454–69. DOI : 10.1006 / jmbi.1996.0476 . PMID 8780786 . 
  18. ^ Jaskólski M, Tomasselli AG, Sawyer Т.К., Скобы DG, Heinrikson RL, Schneider J, Kent SB, Wlodawer A (февраль 1991). «Структура при разрешении 2,5-A химически синтезированной протеазы вируса иммунодефицита человека типа 1 в комплексе с ингибитором на основе гидроксиэтилена». Биохимия . 30 (6): 1600–9. DOI : 10.1021 / bi00220a023 . PMID 1993177 . 
  19. ↑ Ранг HP (2007). Фармакология Рэнга и Дейла (6-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания, США: Черчилль Ливингстон / Эльзевьер. ISBN 9780808923541.
  20. ^ Griffin L, Annaert P, Брауэр KL (сентябрь 2011). «Влияние белков транспорта лекарств на фармакокинетику и лекарственные взаимодействия ингибиторов протеазы ВИЧ» . Журнал фармацевтических наук . 100 (9): 3636–54. DOI : 10.1002 / jps.22655 . PMC 3750718 . PMID 21698598 .  
  21. ^ Воткинс Т, Реш Вт, Irlbeck D, Сванстром R (февраль 2003 г.). «Селекция высокого уровня устойчивости к ингибиторам протеазы вируса иммунодефицита человека 1 типа» . Противомикробные препараты и химиотерапия . 47 (2): 759–69. DOI : 10,1128 / AAC.47.2.759-769.2003 . PMC 151730 . PMID 12543689 .  
  22. ^ Loeb DD, Swanstrom R, Everitt L, M Manchester, Стампер SE, Hutchison CA (август 1989). «Полный мутагенез протеазы ВИЧ-1». Природа . 340 (6232): 397–400. Bibcode : 1989Natur.340..397L . DOI : 10.1038 / 340397a0 . PMID 2666861 . S2CID 4351388 .  
  23. ^ Мур JP, Стивенсон M (октябрь 2000). «Новые мишени для ингибиторов репликации ВИЧ-1». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология . 1 (1): 40–9. DOI : 10.1038 / 35036060 . PMID 11413488 . S2CID 10811618 .  
  24. ↑ De Clercq E (декабрь 2007 г.). «Дизайн препаратов от ВИЧ и ВГС». Обзоры природы. Открытие наркотиков . 6 (12): 1001–18. DOI : 10.1038 / nrd2424 . PMID 18049474 . S2CID 37859193 .