Протеаза ВИЧ-1

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
HIV-1 Protease (Retropepsin)
Aspartic protease.png Димер протеазы обозначен белым и серым цветами, чёрным обозначен пептидный субстрат, красным — аспартатная цепочка. (PDB 1KJF)
Идентификаторы
Шифр КФ 3.4.23.16
Номер CAS 144114-21-6
Базы ферментов
IntEnz IntEnz view
BRENDA BRENDA entry
ExPASy NiceZyme view
MetaCyc metabolic pathway
KEGG KEGG entry
PRIAM profile
PDB structures RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Gene Ontology AmiGO • EGO
Поиск
PMC статьи
PubMed статьи
NCBI NCBI proteins
CAS 144114-21-6

Протеаза ВИЧ-1 (англ. HIV-1 protease) — ретровирусная аспартатная протеаза (ретропепсин), фермент, играющий важную роль в жизненном цикле вируса иммунодефицита человека (ВИЧ)[1][2]. Протеаза разрезает синтезируемые полипротеины (в частности, Gag и Gag-Pol[3]) в нужных местах, благодаря чему образуются зрелые белки вириона ВИЧ. Без протеазы вирионы ВИЧ остаются неинфективными[4][5]. Таким образом, мутации в активном центре фермента или ингибирование его активности нарушают способность ВИЧ реплицировать и заражать клетки[6], что делает поиск ингибиторов протеазы целью множества исследований[7].

Структура и функция[править | править код]

Структура протеазы ВИЧ-1 была исследована с помощью рентгеноструктурного анализа. Фермент существует в виде гомодимера, в котором каждая субъединица состоит из 99 аминокислотных остатков[1]. Структурно каждая субъединица состоит из девяти бета-листов и одной альфа-спирали[8].

Активный центр расположен между субъединицами и имеет характерную для аспартатных протеаз аминокислотную последовательность Asp-Thr-Gly (Asp25, Thr26 и Gly27)[2]. Ядро активного центра содержит по одному остатку аспартата от каждой субъединицы (Asp-25 и Asp-125[9]) и является гидрофобным. Бета-листы субъединиц формируют две «створки» (англ. flaps), которые покрывают активную зону, закрывая доступ к ней[8]. Эти створки могут находиться в разных конформациях (закрытая, полуоткрытая, открытая)[10][11] и играю важную роль при взаимодействии активного центра с лигандом или субстратом[8][12].

Основной функцией протеазы ВИЧ-1 является «разрезание» полипротеинов-прекурсоров (синтезирумых с помощью мРНК на основе генома вируса) на мелкие активные белки, из которых собирается новый вирион[8]. Во время сборки вириона, протеаза в строгой последовательности проводит 12 таких операций разрезания над полипротеинами Gag, Gag-Pol и Nef[8]. В результате формируются вирусные ферменты (обратная транскриптаза, интеграза и протеаза), структурные белки (капсид и нуклеокапсид) и другие факторы, необходимые для жизненного цикла вируса[8].

Кроме разрезания вирусных белков, протеаза также проявляет протеолитическую активность в отношении белков клетки-хозяина. Вызванный данным ферментом протеолиз белков цитоскелета (актин, десмин, миозин, виментин и др.) может вызывать клеточный некроз и апоптоз, что, возможно, является одним из механизмов цитотоксичности ВИЧ[8].

Медицинское значение[править | править код]

Поскольку протеаза играет очень важную роль в репликации ВИЧ, она является одной из целей для лекарственной терапии. Ингибиторы протеазы блокируют ферментную активность данного белка, в результате чего вирусные частицы не способны созреть до уровня заразных вирионов. На 2007 год несколько препаратов-ингибиторов протеазы были лицензированы для использования в рамках антиретровирусной терапии[13].

Одной из проблем при использовании ингибиторов протеазы в составе монотерапии является высокая скорость мутации ретровирусов, благодаря чему вирусы способны быстро выработать резистентность к терапии[14]. Основным подходом к решению это проблемы стало использование комплексной терапии (ВААРТ), состоящей в одновременном приёме нескольких препаратов, действующих на различные аспекты вирусной активности (ингибирование обратной транскриптазы, интегразы, сборки вириона и пр.)[15][16].

Поскольку все применяемые ингибиторы протеазы направлены на блокирование активного центра фермента, мутации в нём способны вызывать резистентность к нескольким препаратам одновременно[8]. Одним из вариантом решения данной проблемы может быть разработка аллостерических[en] ингибиторов, то есть направленных на другие, отличные от активной, зоны белка[8].

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 Davies D. R. The structure and function of the aspartic proteinases. (англ.) // Annual review of biophysics and biophysical chemistry. — 1990. — Vol. 19. — P. 189—215. — DOI:10.1146/annurev.bb.19.060190.001201. — PMID 2194475. исправить
  2. 1 2 Brik A., Wong C. H. HIV-1 protease: mechanism and drug discovery. (англ.) // Organic & biomolecular chemistry. — 2003. — Vol. 1, no. 1. — P. 5—14. — PMID 12929379. исправить
  3. Huang X., Britto M. D., Kear-Scott J. L., Boone C. D., Rocca J. R., Simmerling C., Mckenna R., Bieri M., Gooley P. R., Dunn B. M., Fanucci G. E. The role of select subtype polymorphisms on HIV-1 protease conformational sampling and dynamics. (англ.) // The Journal of biological chemistry. — 2014. — Vol. 289, no. 24. — P. 17203—17214. — DOI:10.1074/jbc.M114.571836. — PMID 24742668. исправить
  4. Kräusslich H. G., Ingraham R. H., Skoog M. T., Wimmer E., Pallai P. V., Carter C. A. Activity of purified biosynthetic proteinase of human immunodeficiency virus on natural substrates and synthetic peptides. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 1989. — Vol. 86, no. 3. — P. 807—811. — PMID 2644644. исправить
  5. Kohl N. E., Emini E. A., Schleif W. A., Davis L. J., Heimbach J. C., Dixon R. A., Scolnick E. M., Sigal I. S. Active human immunodeficiency virus protease is required for viral infectivity. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 1988. — Vol. 85, no. 13. — P. 4686—4690. — PMID 3290901. исправить
  6. Seelmeier S., Schmidt H., Turk V., von der Helm K. Human immunodeficiency virus has an aspartic-type protease that can be inhibited by pepstatin A. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 1988. — Vol. 85, no. 18. — P. 6612—6616. — PMID 3045820. исправить
  7. McPhee F., Good A. C., Kuntz I. D., Craik C. S. Engineering human immunodeficiency virus 1 protease heterodimers as macromolecular inhibitors of viral maturation. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 1996. — Vol. 93, no. 21. — P. 11477—11481. — PMID 8876160. исправить
  8. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Yang H., Nkeze J., Zhao R. Y. Effects of HIV-1 protease on cellular functions and their potential applications in antiretroviral therapy. (англ.) // Cell & bioscience. — 2012. — Vol. 2, no. 1. — P. 32. — DOI:10.1186/2045-3701-2-32. — PMID 22971934. исправить
  9. Kipp D. R., Hirschi J. S., Wakata A., Goldstein H., Schramm V. L. Transition states of native and drug-resistant HIV-1 protease are the same. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2012. — Vol. 109, no. 17. — P. 6543—6548. — DOI:10.1073/pnas.1202808109. — PMID 22493227. исправить
  10. Ding F., Layten M., Simmerling C. Solution structure of HIV-1 protease flaps probed by comparison of molecular dynamics simulation ensembles and EPR experiments. (англ.) // Journal of the American Chemical Society. — 2008. — Vol. 130, no. 23. — P. 7184—7185. — DOI:10.1021/ja800893d. — PMID 18479129. исправить
  11. Hornak V., Okur A., Rizzo R. C., Simmerling C. HIV-1 protease flaps spontaneously open and reclose in molecular dynamics simulations. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2006. — Vol. 103, no. 4. — P. 915—920. — DOI:10.1073/pnas.0508452103. — PMID 16418268. исправить
  12. Huang L., Chen C. Understanding HIV-1 protease autoprocessing for novel therapeutic development. (англ.) // Future medicinal chemistry. — 2013. — Vol. 5, no. 11. — P. 1215—1229. — DOI:10.4155/fmc.13.89. — PMID 23859204. исправить
  13. Rang and Dale's pharmacology. — 6th. — Philadelphia, Pa., U.S.A. : 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. (англ.) // Antimicrobial agents and chemotherapy. — 2003. — Vol. 47, no. 2. — P. 759—769. — PMID 12543689. исправить
  15. Moore J. P., Stevenson M. New targets for inhibitors of HIV-1 replication. (англ.) // Nature reviews. Molecular cell biology. — 2000. — Vol. 1, no. 1. — P. 40—49. — DOI:10.1038/35036060. — PMID 11413488. исправить
  16. De Clercq E. The design of drugs for HIV and HCV. (англ.) // Nature reviews. Drug discovery. — 2007. — Vol. 6, no. 12. — P. 1001—1018. — DOI:10.1038/nrd2424. — PMID 18049474. исправить