Структурная основа ВИЧ

Nature Communications, том 14, номер статьи: 1237 (2023) Цитировать эту статью

2796 Доступов

2 цитаты

9 Альтметрика

Подробности о метриках

Ингибиторы созревания ВИЧ-1 (MI), бевиримат (BVM) и его аналоги препятствуют каталитическому отщеплению спейсерного пептида 1 (SP1) от C-концевого домена капсидного белка (CACTD), связываясь с областью CACTD-SP1 и стабилизируя ее. . ИМ находятся в стадии разработки в качестве альтернативных препаратов для дополнения существующей антиретровирусной терапии. Несмотря на многообещающие результаты, механизм их действия и связанные с ним пути устойчивости к вирусам остаются плохо изученными на молекулярном, биохимическом и структурном уровнях. Мы сообщаем о структурах ЯМР с вращением под магическим углом атомного разрешения микрокристаллических ансамблей CACTD-SP1 в комплексе с BVM и/или кофактором сборки инозитолгексакисфосфат (IP6). Наши результаты раскрывают механизм, с помощью которого BVM нарушает созревание, сжимая поры пучка 6-спиралей и подавляя движения SP1 и одновременно связанного IP6. Кроме того, устойчивые к BVM варианты SP1-A1V и SP1-V7A демонстрируют различные конформационные и связывающие характеристики. В совокупности наше исследование дает структурное объяснение устойчивости к BVM, а также дает рекомендации по разработке новых ИМ.

Созревание ВИЧ-1 запускается вирусной протеазой, которая расщепляет структурный предшественник полипротеина Gag на составляющие его домены1,2,3. ВИЧ-1 Gag содержит пять сайтов протеолитического расщепления между четырьмя основными структурными и функциональными доменами и двумя спейсерными пептидами: MA, CA, SP1, NC, SP2 и p6. Обработка происходит с разной скоростью: сайт SP1-NC расщепляется быстрее всего, а сайт CA-SP1 — последним4. Генетические и ферментативные исследования показали, что ингибирование расщепления или даже замедление расщепления в сайте CA-SP1 достаточно, чтобы существенно нарушить процесс созревания и устранить инфекционность вируса. Действительно, ингибиторы созревания (MI), которые мешают процессингу CA-SP1, становятся привлекательными кандидатами для дополнения текущего арсенала методов лечения ВИЧ-инфекции5,6,7,8,9.

Биохимические и структурные исследования показали, что медленное расщепление CA-SP1 происходит за счет структурной секвестрации сайта протеолиза10,11,12,13. Внутри собранной незрелой решетки Gag ВИЧ-1 соединение CA-SP1 сворачивается в α-спираль (спираль соединения), которая самоассоциируется в пучок из 6 спиралей, стабилизируя гексамер Gag13,14. Разрезаемая связь между CA-L231 и SP1-A1 расположена в середине соединительной спирали и закрыта внутри пучка из 6 спиралей. Следовательно, чтобы протеаза получила доступ к этому участку, пучок из 6 спиралей должен хотя бы частично развернуться. Хотя подробный механизм ингибирования не установлен, низкомолекулярные ИМ, такие как 3-О-(3',3'-диметилсукцинил)бетулиновая кислота (Бевиримат или БВМ), 1-[2-(4-трет- бутилфенил)-2-(2,3-дигидро-1H-инден-2-иламино)этил]-3-(трифторметил)пиридин-2-он (PF-46396) и их аналоги, как полагают, препятствуют протеолизу, связываясь с соединение CA-SP1 и стабилизация пучка 6 спиралей6,7,15,16,17,18. Таким образом, MI не вмешиваются напрямую в связывание субстрата, а скорее действуют косвенно, ингибируя разворачивание пучка 6-спиралей и фактически препятствуя доступу протеазы к ее субстрату.

Несмотря на то, что ИМ являются мощными ингибиторами ВИЧ-инфекции в лабораторных условиях, они еще не одобрены для клинического использования. BVM прошел фазу I и фазу клинических испытаний II, в ходе которых наблюдалось значительное дозозависимое снижение вирусной нагрузки у ВИЧ-1-инфицированных лиц19. Однако дальнейшие исследования показали, что почти у 50% пациентов МБМ не влияет на вирусную нагрузку20,21. Эта устойчивость к BVM связана с встречающимися в природе полиморфами вирусных последовательностей, в частности с изменениями аминокислот SP1 в остатках 7 и 8 (SP1-V7A, -V7M, -T8Δ и -T8N)20. Кроме того, варианты, устойчивые к BVM, были созданы посредством нескольких раундов селекции против BVM in vitro, что привело к аминокислотным изменениям в остатках SP1 1 и 3 (SP1-A1V, -A3T и -A3V); из них SP1-A1V не нарушает репликацию вируса10.