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 aspartylowejKlapy (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].
↑R. RenaeR.R.SpeckR. RenaeR.R. 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, ISSN0066-4804, PMID: 10770790(ang.).
↑AshrafA.BrikAshrafA., Chi-HueyCh.H.WongChi-HueyCh.H., HIV-1 protease: mechanism and drug discovery, „Organic & Biomolecular Chemistry”, 1 (1), 2003, s. 5–14, DOI: 10.1039/b208248a, ISSN1477-0539(ang.).
↑ abWalter R.P.W.R.P.ScottWalter R.P.W.R.P., Celia A.C.A.SchifferCelia A.C.A., 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, ISSN0969-2126, PMID: 11188690.
↑AlexanderA.WlodawerAlexanderA., John W.J.W.EricksonJohn W.J.W., Structure-Based Inhibitors of HIV-1 Protease, t. 62, lipiec 1993, s. 543-585, DOI: 10.1146/annurev.bi.62.070193.002551(ang.).
