Proteaza HIV-1

Proteaza HIV -1 ( ing. proteaza  HIV-1 ) este o aspartat protează retroviral (retropepsin), o enzimă care joacă un rol important în ciclul de viață al virusului imunodeficienței umane (HIV) [1] [2] . Proteaza taie poliproteinele sintetizate (în special, Gag și Gag-Pol [3] ) în locurile potrivite, rezultând în formarea de proteine ​​mature ale virionului HIV . Fără protează, virionii HIV rămân neinfecțioși [4] [5] . Astfel, mutațiile în situsul activ al enzimei sau inhibarea activității acesteia afectează capacitatea HIV de a se replica și infecta celulele [6] , ceea ce face ca căutarea inhibitorilor de protează să devină scopul multor studii [7] .

Structură și funcție

Structura proteazei HIV-1 a fost investigată folosind analiza de difracție de raze X. Proteaza matură există ca un homodimer de 22 kDa în care fiecare subunitate constă din 99 de resturi de aminoacizi [1] . Din punct de vedere structural, fiecare subunitate constă din nouă foi beta și o spirală alfa [8] .

Centrul activ este situat între subunități și are secvența de aminoacizi Asp - Thr - Gly (Asp25, Thr26 și Gly27) caracteristică aspartat proteazelor [2] . Miezul situsului activ conține câte un reziduu de aspartat din fiecare subunitate [9] și este hidrofob. Beta-listele de subunități formează două clape care acoperă zona activă, blocând accesul la aceasta [ 8] . Aceste valve pot fi în diferite conformații (închise, semideschise, deschise) [10] [11] și joacă un rol important în interacțiunea situsului activ cu ligandul sau substratul [8] [12] .  

Funcția principală a proteazei HIV-1 este de a „taia” poliproteinele precursoare (sintetizate folosind ARNm bazat pe genomul virusului) în proteine ​​active mici, din care este asamblat un nou virion [8] . În timpul asamblarii virionului, proteaza efectuează 12 astfel de operații de tăiere în secvență strictă asupra poliproteinelor Gag, Gag-Pol și Nef [8] . Ca urmare, se formează enzime virale (reverse transcriptază, integrază și protează), proteine ​​structurale ( capside și nucleocapsid) și alți factori necesari ciclului de viață al virusului [8] .

Pe lângă tăierea proteinelor virale, proteaza prezintă, de asemenea, activitate proteolitică împotriva proteinelor celulei gazdă. Proteoliza proteinelor citoscheletice ( actină , desmină , miozină , vimentină etc.) cauzată de această enzimă poate provoca necroză celulară și apoptoză , care poate fi unul dintre mecanismele citotoxicității HIV [8] .

Semnificație medicală

Deoarece proteaza joacă un rol foarte important în replicarea HIV, este una dintre țintele terapiei medicamentoase. Inhibitorii de protează blochează activitatea enzimatică a acestei proteine, drept urmare particulele virale nu sunt capabile să se maturizeze la nivelul virionilor infecțioși. Începând cu 2007, mai multe medicamente inhibitoare de protează au fost autorizate pentru utilizare în terapia antiretrovială [13] .

Una dintre problemele cu utilizarea inhibitorilor de protează ca parte a monoterapiei este rata mare de mutație a retrovirusurilor, datorită căreia virusurile pot dezvolta rapid rezistență la terapie [14] . Principala abordare pentru rezolvarea acestei probleme a fost utilizarea terapiei complexe ( HAART ), care constă în administrarea simultană a mai multor medicamente care acționează asupra diferitelor aspecte ale activității virale (inhibarea revers transcriptazei , integrazei , asamblarii virionilor etc.) [15] ] [16] .

Deoarece toți inhibitorii de protează utilizați au ca scop blocarea centrului activ al enzimei, mutațiile acestuia pot provoca rezistență la mai multe medicamente simultan [8] . Una dintre soluțiile la această problemă poate fi dezvoltarea inhibitorilor alosterici , adică direcționați către alte zone proteice, diferite de cele active [8] .

Note

1. ↑ 1 2 Davies DR Structura și funcția proteinazelor aspartice.  (engleză)  // Revizuirea anuală a biofizicii și chimiei biofizice. - 1990. - Vol. 19. - P. 189-215. - doi : 10.1146/annurev.bb.19.060190.001201 . — PMID 2194475 .
2. ↑ 1 2 Brik A. , Wong CH HIV-1 proteaza: mecanism și descoperire de medicamente.  (Engleză)  // Chimie organică și biomoleculară. - 2003. - Vol. 1, nr. 1 . - P. 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 eșantionarea conformațională și dinamică. (Engleză)  // Jurnalul de chimie biologică. - 2014. - Vol. 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 Activitatea proteinazei biosintetice izolate a virusului imunodeficienței umane pe substraturi naturale și peptide sintetice.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1989. - Vol. 86, nr. 3 . - P. 807-811. - PMID 2644644 ​​​​.
5. ↑ Kohl NE , Emini EA , Schleif WA , Davis LJ , Heimbach JC , Dixon RA , Scolnick EM , Sigal IS Proteaza activă a virusului imunodeficienței umane este necesară pentru infectarea virală.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1988. - Vol. 85, nr. 13 . - P. 4686-4690. — PMID 3290901 .
6. ↑ Seelmeier S. , Schmidt H. , Turk V. , von der Helm K. Virusul imunodeficienței umane are o protează de tip aspartic care poate fi inhibată de pepstatina A.  //  Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . - 1988. - Vol. 85, nr. 18 . - P. 6612-6616. — PMID 3045820 .
7. ↑ McPhee F. , Good AC , Kuntz ID , Craik CS Engineering Human immunodeficiency virus 1 protease heterodimers as macromolecular inhibitors of viral maturation.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1996. - Vol. 93, nr. 21 . - P. 11477-11481. — PMID 8876160 .
8. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Yang H. , Nkeze J. , Zhao RY Efectele proteazei HIV-1 asupra funcțiilor celulare și aplicațiile lor potențiale în terapia antiretrovială.  (engleză)  // Cell & bioscience. - 2012. - Vol. 2, nr. 1 . - P. 32. - doi : 10.1186/2045-3701-2-32 . — PMID 22971934 .
9. ↑ Kipp DR , Hirschi JS , Wakata A. , Goldstein H. , Schramm VL Stările de tranziție ale proteazei HIV-1 native și rezistente la medicamente sunt aceleași.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2012. - Vol. 109, nr. 17 . - P. 6543-6548. - doi : 10.1073/pnas.1202808109 . — PMID 22493227 .
10. ↑ Ding F. , Layten M. , Simmerling C. Structura soluției lambourilor de protează HIV-1 sondată prin compararea ansamblurilor de simulare a dinamicii moleculare și a experimentelor EPR.  (engleză)  // Jurnalul Societății Americane de Chimie. - 2008. - Vol. 130, nr. 23 . - P. 7184-7185. - doi : 10.1021/ja800893d . — PMID 18479129 .
11. ↑ Hornak V. , Okur A. , ​​Rizzo RC , Simmerling C. Flapsurile de protează HIV-1 se deschid și se reînchid spontan în simulările de dinamică moleculară.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2006. - Vol. 103, nr. 4 . - P. 915-920. - doi : 10.1073/pnas.0508452103 . — PMID 16418268 .
12. ↑ Huang L. , Chen C. Înțelegerea autoprocesării proteazei HIV-1 pentru o dezvoltare terapeutică nouă.  (Engleză)  // Chimie medicinală viitoare. - 2013. - Vol. 5, nr. 11 . - P. 1215-1229. - doi : 10.4155/fmc.13.89 . — PMID 23859204 .
13. ↑ Rang HP. Farmacologia lui Rang și Dale  (neopr.) . — al 6-lea. — Philadelphia, Pa., SUA: Churchill Livingstone/Elsevier, 2007. — ISBN 9780808923541 .
14. ↑ Watkins T. , Resch W. , Irlbeck D. , Swanstrom R. Selection of high-level resistance to human immunodeficiency virus type 1 protease inhibitors.  (Engleză)  // Agenți antimicrobieni și chimioterapie. - 2003. - Vol. 47, nr. 2 . - P. 759-769. — PMID 12543689 .
15. ↑ Moore JP , Stevenson M. Noi ținte pentru inhibitori ai replicării HIV-1.  (engleză)  // Recenzii de natură. Biologie celulară moleculară. - 2000. - Vol. 1, nr. 1 . - P. 40-49. - doi : 10.1038/35036060 . — PMID 11413488 .
16. ↑ De Clercq E. Proiectarea medicamentelor pentru HIV și HCV.  (engleză)  // Recenzii de natură. descoperirea drogului. - 2007. - Vol. 6, nr. 12 . - P. 1001-1018. - doi : 10.1038/nrd2424 . — PMID 18049474 .