Proteaza HIV-1

Struktura proteazy HIV-1 (łańcuch A oznaczony kolorem niebieskim, B – zielonym). Wszystkie cząsteczki wody i ligandy zostały ukryte. Asp-25 i Asp-25' są pokolorowane na czerwono. PDB ID: 1GNO.

Proteaza HIV-1 (EC 3.4.23.16[1]) – enzym należący do proteaz aspartylowych, kluczowy w ostatnim etapie cyklu replikacyjnego HIV-1[2], retrowirusa powodującego AIDS. Jest on odpowiedzialny za rozcięcie poliprotein Pr55Gag i Pr160Gag-Pol na pojedyncze białka. Poliproteiny te znajdują się w uwolnionych z komórki, niedojrzałych wirionach. Pr55Gag zawiera sześć białek strukturalnych, natomiast Pr160Gag-Pol trzy enzymy: proteazę, odwrotną transkryptazę i integrazę[3]. Białka, niezwiązane ze sobą w poliproteiny, formują dojrzały, zakaźny wirion. Ze względu na rolę proteazy HIV-1 w cyklu replikacyjnym wirusa, jest ona celem leków stosowanych w terapii antyretrowirusowej.

Struktura i mechanizm działania

Proteaza HIV-1 jest homodimerem, którego każda z jednostek składa się z 99 aminokwasów. Zawiera ona jedno, C2-symetryczne miejsce aktywne. Jego kluczowymi aminokwasami są Asp-25 i Asp-25', a w ich bezpośrednim sąsiedztwie znajduje się molekuła wody, która bierze udział w reakcji katalitycznej[4]:

Proponowany mechanizm reakcji katalitycznej proteazy aspartylowej
Klapy (aminokwasy 33-63 i 33'-63') – magenta, pętle 80' (aminokwasy 78-85 i 78'-85') – cyjan. PDB ID: 1GNO

W strukturze proteazy HIV-1 wyróżniane bywają dwa regiony: klapa (ang. flap), którą stanowią aminokwasy 33-62[5] i pętla 80' (ang. 80's loop) składająca się z aminokwasów 78-85[6]. Obszary te są ważne ze względu na udział w wiązaniu substratu[7]. Klapy regulują również dostęp do miejsca aktywnego. Poliproteina może się do niego dostać tylko, gdy klapy są otwarte. Kiedy jej odpowiednia część znajdzie się w miejscu aktywnym, zamykające się klapy umożliwiają rozcięcie wiązania[5].

Inhibitory proteazy HIV-1

Skuteczna inhibicja proteazy HIV-1 powoduje przerwanie cyklu replikacyjnego wirusa i jego unieszkodliwienie. Powstające cząsteczki wirusów przestają być zakaźne, co hamuje rozwój AIDS. W 2009 roku w Europie i USA do obrotu dopuszczonych było 10 leków opartych na tym mechanizmie (saquinavir, ritonavir, indinavir, nelfinavir, amprenavir, lopinavir, atazanavir, fosamprenavir, tipranavir i darunavir)[8]. Proteaza HIV-1, w przeciwieństwie do znanych endopeptydaz ssaków, ma zdolność do rozcinania wiązań peptydowych pomiędzy fenyloalaniną i proliną. Leki często projektowane są więc tak, by naśladowały wspomniany układ, dzięki czemu wykazują one niską aktywność względem ludzkich proteaz aspartylowych[9].

Przypisy

  1. ↑ Numer EC 3.4.21.4 w bazie Enzyme nomenclature database.
  2. ↑ A.H. Kaplan, R. Swanstrom, Human immunodeficiency virus type 1 Gag proteins are processed in two cellular compartments., „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 88 (10), 1991, s. 4528–4532, DOI: 10.1073/pnas.88.10.4528, ISSN 0027-8424, PMID: 2034693 (ang.).c?
  3. ↑ R. Renae Speck i inni, Comparison of Human Immunodeficiency Virus Type 1 Pr55Gag and Pr160Gag-Pol Processing Intermediates That Accumulate in Primary and Transformed Cells Treated with Peptidic and Nonpeptidic Protease Inhibitors, „Antimicrobial Agents and Chemotherapy”, 44 (5), 2000, s. 1397–1403, DOI: 10.1128/AAC.44.5.1397-1403.2000, ISSN 0066-4804, PMID: 10770790 (ang.).
  4. ↑ Ashraf Brik, Chi-Huey Wong, HIV-1 protease: mechanism and drug discovery, „Organic & Biomolecular Chemistry”, 1 (1), 2003, s. 5–14, DOI: 10.1039/b208248a, ISSN 1477-0539 (ang.).
  5. ↑ a b Walter R.P. Scott, Celia A. Schiffer, Curling of Flap Tips in HIV-1 Protease as a Mechanism for Substrate Entry and Tolerance of Drug Resistance, „Structure”, 8 (12), 2000, s. 1259–1265, DOI: 10.1016/S0969-2126(00)00537-2, ISSN 0969-2126, PMID: 11188690.
  6. ↑ Stebbins J., Towler E. M., Tennant M. G., Deckman I. C., Debouck C. „The 80’s loop (residues 78 to 85) is important for the differential activity of retroviral proteases”, J. Mol. Biol., 1997, 267, 467-475. doi: 10.1006/jmbi.1997.0891.
  7. ↑ Alexander Wlodawer, John W. Erickson, Structure-Based Inhibitors of HIV-1 Protease, t. 62, lipiec 1993, s. 543-585, DOI: 10.1146/annurev.bi.62.070193.002551 (ang.).
  8. ↑ Clercq E. D. „Anti-HIV drugs: 25 compounds approved within 25 years after the discovery of HIV”, Int. J. Antimicrob. Ag., 2009, 33, 307-320. doi: 10.1016/j.ijantimicag.2008.10.010.
  9. ↑ Vassil S. Georgiev „Infectious Disease”, s. 415–514. ​ISBN 978-1-60327-297-1​

Media użyte na tej stronie

Flaps and loops HIV-1 Protease.png
Autor: MZeg, Licencja: CC BY-SA 4.0
HIV-1 protease, flaps (33-62 residues) are coloured magenta, 80's loops (78-85 residues) - cyan. PDB ID: 1GNO.
HIV-1 protease 1GNO.png
Autor: MZeg, Licencja: CC BY-SA 4.0
Struktura proteazy HIV-1 (łańcuch A oznaczony kolorem niebieskim, B - zielonym). Wszystkie cząsteczki wody i ligandy zostały ukryte. Asp-25 i Asp-25' są pokolorowane na czerwono. PDB ID: 1GNO.
MechanizmproteazaHIV1.svg
Autor: MZeg, Licencja: CC BY-SA 4.0
Proponowany mechanizm reakcji katalitycznej proteazy aspartylowej.