HIV-1 proteáza

HIV -1 proteáza ( angl.  HIV-1 protease ) je retrovirová aspartátová proteáza (retropepsin), enzym , který hraje důležitou roli v životním cyklu viru lidské imunodeficience (HIV) [1] [2] . Proteáza štěpí syntetizované polyproteiny (zejména Gag a Gag-Pol [3] ) na správných místech, což vede k tvorbě zralých proteinů virionu HIV . Bez proteázy zůstávají viriony HIV neinfekční [4] [5] . Mutace v aktivním místě enzymu nebo inhibice jeho aktivity tedy zhoršují schopnost HIV replikovat se a infikovat buňky [6] , a proto je hledání inhibitorů proteáz cílem mnoha studií [7] .

Struktura a funkce

Struktura HIV-1 proteázy byla zkoumána pomocí rentgenové difrakční analýzy . Zralá proteáza existuje jako 22 kDa homodimer, ve kterém se každá podjednotka skládá z 99 aminokyselinových zbytků [1] . Strukturálně se každá podjednotka skládá z devíti beta listů a jedné alfa šroubovice [8] .

Aktivní centrum se nachází mezi podjednotkami a má aminokyselinovou sekvenci Asp - Thr - Gly (Asp25, Thr26 a Gly27) charakteristickou pro aspartátové proteázy [2] . Jádro aktivního místa obsahuje jeden aspartátový zbytek z každé podjednotky [9] a je hydrofobní. Beta-seznamy podjednotek tvoří dvě chlopně , které pokrývají aktivní zónu a blokují přístup k ní [ 8] . Tyto chlopně mohou být v různých konformacích (zavřené, polootevřené, otevřené) [10] [11] a hrají důležitou roli v interakci aktivního místa s ligandem nebo substrátem [8] [12] .  

Hlavní funkcí proteázy HIV-1 je „řezat“ prekurzorové polyproteiny (syntetizované pomocí mRNA na základě genomu viru) na malé aktivní proteiny, ze kterých je sestaven nový virion [8] . Během sestavování virionu provádí proteáza 12 takových řezných operací v přesném pořadí na polyproteinech Gag, Gag-Pol a Nef [8] . V důsledku toho se tvoří virové enzymy (reverzní transkriptáza, integráza a proteáza), strukturní proteiny ( kapsida a nukleokapsida) a další faktory nezbytné pro životní cyklus viru [8] .

Kromě štěpení virových proteinů vykazuje proteáza také proteolytickou aktivitu proti proteinům hostitelské buňky. Proteolýza cytoskeletálních proteinů ( aktin , desmin , myosin , vimentin aj.) způsobená tímto enzymem může způsobit nekrózu buněk a apoptózu , což může být jeden z mechanismů cytotoxicity HIV [8] .

Lékařský význam

Protože proteáza hraje velmi důležitou roli v replikaci HIV, je jedním z cílů lékové terapie. Inhibitory proteázy blokují enzymatickou aktivitu tohoto proteinu, v důsledku čehož virové částice nejsou schopny vyzrát na úroveň infekčních virionů. Od roku 2007 bylo licencováno několik léků inhibitorů proteázy pro použití v antiretrovirové terapii [13] .

Jedním z problémů použití inhibitorů proteáz v rámci monoterapie je vysoká mutace retrovirů, díky nimž si viry mohou rychle vyvinout rezistenci na terapii [14] . Hlavním přístupem k řešení tohoto problému bylo použití komplexní terapie ( HAART ), která spočívá v současném podávání několika léků, které působí na různé aspekty virové aktivity (inhibice reverzní transkriptázy , integrázy , sestavování virionů atd.) [15 ] [16] .

Protože všechny používané inhibitory proteázy jsou zaměřeny na blokování aktivního centra enzymu, mutace v něm mohou způsobit rezistenci na několik léků současně [8] . Jedním z řešení tohoto problému může být vývoj alosterických inhibitorů, tedy zaměřených na jiné, odlišné od aktivních, proteinových zón [8] .

Poznámky

1. ↑ 1 2 Davies DR Struktura a funkce aspartátových proteináz.  (anglicky)  // Každoroční přehled biofyziky a biofyzikální chemie. - 1990. - Sv. 19. - S. 189-215. - doi : 10.1146/annurev.bb.19.060190.001201 . — PMID 2194475 .
2. ↑ 1 2 Brik A. , Wong CH HIV-1 proteáza: mechanismus a objev léku.  (anglicky)  // Organická a biomolekulární chemie. - 2003. - Sv. 1, č. 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 Role vybraných podtypových polymorfismů na proteáze HIV-1 konformační vzorkování a dynamika.  (anglicky)  // The Journal of biologické chemie. - 2014. - Sv. 289, č.p. 24 . - S. 17203-17214. - doi : 10.1074/jbc.M114.571836 . — PMID 24742668 .
4. ↑ Kräusslich HG , Ingraham RH , Skoog MT , Wimmer E. , Pallai PV , Carter CA Aktivita izolované biosyntetické proteinázy viru lidské imunodeficience na přírodních substrátech a syntetických peptidech.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1989. - Sv. 86, č.p. 3 . - S. 807-811. — PMID 2644644 .
5. ↑ Kohl NE , Emini EA , Schleif WA , Davis LJ , Heimbach JC , Dixon RA , Scolnick EM , Sigal IS Pro virovou infekčnost je vyžadována aktivní proteáza viru lidské imunodeficience.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1988. - Sv. 85, č.p. 13 . - S. 4686-4690. — PMID 3290901 .
6. ↑ Seelmeier S. , Schmidt H. , Turk V. , von der Helm K. Virus lidské imunodeficience má proteázu asparagového typu, která může být inhibována pepstatinem A.  //  Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . - 1988. - Sv. 85, č.p. 18 . - S. 6612-6616. — PMID 3045820 .
7. ↑ McPhee F. , Good AC , Kuntz ID , Craik CS Engineering heterodimery proteázy viru lidské imunodeficience 1 jako makromolekulární inhibitory zrání viru.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1996. - Sv. 93, č.p. 21 . - S. 11477-11481. — PMID 8876160 .
8. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Yang H. , Nkeze J. , Zhao RY Účinky HIV-1 proteázy na buněčné funkce a jejich potenciální aplikace v antiretrovirové terapii.  (anglicky)  // Cell & bioscience. - 2012. - Sv. 2, č. 1 . - S. 32. - doi : 10.1186/2045-3701-2-32 . — PMID 22971934 .
9. ↑ Kipp DR , Hirschi JS , Wakata A. , Goldstein H. , Schramm VL Přechodové stavy nativní a lékově rezistentní HIV-1 proteázy jsou stejné.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2012. - Sv. 109, č.p. 17 . - S. 6543-6548. - doi : 10.1073/pnas.1202808109 . — PMID 22493227 .
10. ↑ Ding F. , Layten M. , Simmerling C. Struktura roztoku HIV-1 proteázových chlopní sondovaná porovnáním simulačních souborů molekulární dynamiky a EPR experimentů.  (anglicky)  // Journal of the American Chemical Society. - 2008. - Sv. 130, č.p. 23 . - S. 7184-7185. - doi : 10.1021/ja800893d . — PMID 18479129 .
11. ↑ Hornak V. , Okur A. , ​​Rizzo RC , Simmerling C. Chlopně proteázy HIV-1 se spontánně otevírají a znovu uzavírají v simulacích molekulární dynamiky.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2006. - Sv. 103, č.p. 4 . - S. 915-920. - doi : 10.1073/pnas.0508452103 . — PMID 16418268 .
12. ↑ Huang L. , Chen C. Pochopení autoprocessingu HIV-1 proteázy pro nový terapeutický vývoj.  (anglicky)  // Budoucí lékařská chemie. - 2013. - Sv. 5, č. 11 . - S. 1215-1229. - doi : 10.4155/fmc.13.89 . — PMID 23859204 .
13. ↑ Pořadí HP. Farmakologie Ranga a Dalea  (neopr.) . — 6. — Philadelphia, Pa., USA: Churchill Livingstone/Elsevier, 2007. — ISBN 9780808923541 .
14. ↑ Watkins T. , Resch W. , Irlbeck D. , Swanstrom R. Selekce vysoké úrovně rezistence k inhibitorům proteázy typu 1 viru lidské imunodeficience.  (anglicky)  // Antimikrobiální látky a chemoterapie. - 2003. - Sv. 47, č.p. 2 . - S. 759-769. — PMID 12543689 .
15. ↑ Moore JP , Stevenson M. Nové cíle pro inhibitory replikace HIV-1.  (anglicky)  // Recenze přírody. Molekulární buněčná biologie. - 2000. - Sv. 1, č. 1 . - S. 40-49. - doi : 10.1038/35036060 . — PMID 11413488 .
16. ↑ De Clercq E. Návrh léků na HIV a HCV.  (anglicky)  // Recenze přírody. objev drog. - 2007. - Sv. 6, č. 12 . - S. 1001-1018. - doi : 10.1038/nrd2424 . — PMID 18049474 .