Интеграза
| Интеграза цинк-связывающий домен | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 структура раствора N-концевого домена связывания Zn интегразы ВИЧ-1 (e-форма), ЯМР, 38 структур | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Интеграза_Zn | ||||||||
| Пфам | ПФ02022 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR003308 | ||||||||
| СКОП2 | 1wjb / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Основной домен интегразы | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Кристаллическая структура двухдоменной интегразы RSV. | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | рве | ||||||||
| Пфам | ПФ00665 | ||||||||
| Клан ПФАМ | CL0219 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR001584 | ||||||||
| СКОП2 | 2itg / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
| Интеграза ДНК-связывающий домен | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Кристаллическая структура двухдоменной интегразы RSV. | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | IN_DBD_C | ||||||||
| Пфам | ПФ00552 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR001037 | ||||||||
| СКОП2 | 1ihw / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
Ретровирусная интеграза ( IN ) — это фермент, вырабатываемый ретровирусом (таким как ВИЧ ), который интегрирует (образует ковалентные связи) свою генетическую информацию с генетической информацией инфицированной им клетки- хозяина . [1] Ретровирусные IN не следует путать с фаговыми интегразами ( рекомбиназами ), используемыми в биотехнологии , такими как λ-фаговая интеграза, которая обсуждается в разделе «Сайт-специфическая рекомбинация» .
Макромолекулярный комплекс макромолекулы ИН , связанной с концами вирусной ДНК, называется интасомой ; ИН является ключевым компонентом в этом комплексе и в ретровирусном преинтеграционном комплексе . [2]
Структура
Все ретровирусные белки IN содержат три канонических домена, соединенных гибкими линкерами: [3] [4]
- N-концевой цинксвязывающий домен HH-CC (трехспиральный пучок, стабилизированный координацией катиона Zn(II)),
- каталитический основной домен (складка RNaseH),
- С -концевой ДНК-связывающий домен ( SH3-складка ).
Были описаны кристаллические и ЯМР-структуры отдельных доменов и двухдоменных конструкций интеграз из ВИЧ-1, ВИЧ-2, SIV и вируса саркомы Рауса (RSV), причем первые структуры были определены в 1994 году. [5] [6] Биохимические данные и структурные данные предполагают, что ретровирусная ИН функционирует как тетрамер (димер димеров), причем все три домена важны для мультимеризации и связывания вирусной ДНК. [7] Кроме того, было показано, что несколько клеточных белков хозяина взаимодействуют с ИН, облегчая процесс интеграции: например, фактор хозяина, человеческий хроматин-ассоциированный белок LEDGF , прочно связывает ИН ВИЧ и направляет комплекс предварительной интеграции ВИЧ к высокоэкспрессируемым генам для интеграции. [8]
Пенистый вирус человека (HFV), агент, безвредный для человека, имеет интегразу, похожую на ВИЧ IN, и поэтому является моделью функции ВИЧ IN; в 2010 году была определена кристаллическая структура интегразы HFV, собранной на концах вирусной ДНК. [6]
Функция и механизм
Интеграция происходит после образования двухцепочечной линейной вирусной ДНК с помощью вирусной РНК/ДНК-зависимой ДНК-полимеразы обратной транскриптазы . [9]
Основная функция ИН — вставка вирусной ДНК в хромосомную ДНК хозяина, что является важным шагом для репликации ВИЧ . Интеграция — это «точка невозврата» для клетки, которая становится постоянным носителем вирусного генома (провируса). Интеграция частично отвечает за сохранение ретровирусных инфекций. [10] После интеграции экспрессия вирусного гена и производство частиц может происходить немедленно или в какой-то момент в будущем, сроки зависят от активности хромосомного локуса, в котором находится провирус. [4]
Ретровирусные ИН катализируют две реакции: [4]
- 3'-процессинг, при котором два или три нуклеотида удаляются с одного или обоих 3'-концов вирусной ДНК, чтобы обнажить инвариантный динуклеотид CA.
- реакция переноса цепи, в ходе которой обработанные 3'-концы вирусной ДНК ковалентно лигируются с хромосомной ДНК хозяина.
Обе реакции катализируются в одном и том же активном центре и включают переэтерификацию без участия ковалентного промежуточного соединения белок-ДНК (в отличие от реакций, катализируемых рекомбиназой Ser/Tyr ). [4]
В ВИЧ
Интеграза ВИЧ представляет собой вирусный белок массой 32 кДа, состоящий из трех доменов: N-конца , каталитического основного домена и C-конца, каждый из которых обладает различными свойствами и функциями, способствующими эффективности интегразы ВИЧ. [3]
N-конец состоит из 50 аминокислотных остатков, которые содержат консервативную последовательность гистидин, гистидин, цитозин, цитозин, которая хелатирует ионы цинка, дополнительно усиливая ферментативную активность каталитического основного домена. [3] Поскольку хелатирование металлов имеет жизненно важное значение для эффективности интегразы, оно является целью для разработки ретровирусной терапии. [3]
Каталитический основной домен, как и N-конец, содержит высококонсервативные аминокислотные остатки -Asp64, Asp116, Glu152-, поскольку консервативный мотив DDE (Asp-Asp-Glu) способствует эндонуклеазным и полинуклеотидтрансферазным функциям интегразы. Мутации в этих регионах инактивируют интегразу и предотвращают интеграцию генома. [3]
С-концевой домен неспецифически связывается с ДНК хозяина и стабилизирует интеграционный комплекс. [3]
Механизм интеграции
После синтеза двухцепочечной ДНК-генома ВИЧ интеграза связывается с длинными тандемными повторами, фланкирующими геном с обоих концов. Используя свою эндонуклеолитическую активность, интеграза расщепляет ди- или тринуклеотид с обоих 3'-концов генома в процессе, известном как 3'-процессинг. [11] Специфичность расщепления улучшается за счет использования кофакторов, таких как Mn 2+ и Mg 2+, которые взаимодействуют с мотивом DDE каталитического основного домена, выступая в качестве кофакторов для функции интегразы. [11]
Вновь образованные 3'OH группы разрушают фосфодиэфирные связи ДНК хозяина посредством нуклеофильной атаки типа SN2. [6] 3' концы ковалентно связаны с целевой ДНК. 5' свесы вирусного генома затем расщепляются с помощью ферментов репарации хозяина, эти же ферменты, как полагают, отвечают за интеграцию 5' конца в геном хозяина, образуя провирус. [6] [11]
Антиретровирусная терапия
В ноябре 2005 года данные исследования фазы 2 исследуемого ингибитора интегразы ВИЧ , MK-0518 , продемонстрировали, что соединение обладает мощной противовирусной активностью. 12 октября 2007 года Управление по контролю за продуктами и лекарствами (США) одобрило ингибитор интегразы Ралтегравир (MK-0518, торговая марка Isentress). Второй ингибитор интегразы, элвитегравир , был одобрен в США в августе 2012 года.
Смотрите также
Ссылки
- ^ Бек Б. Дж., Фрейденрайх О., Ворт Дж. Л. (2010). «Пациенты с инфекцией вируса иммунодефицита человека и синдромом приобретенного иммунодефицита». Справочник по психиатрии общей больницы Массачусетса . Elsevier. стр. 353–370 . doi :10.1016/b978-1-4377-1927-7.00026-1. ISBN 9781437719277.
- ^ Масуда Т (2011). «Неферментативные функции ретровирусной интегразы: следующая цель для разработки новых лекарств против ВИЧ». Frontiers in Microbiology . 2 : 210. doi : 10.3389 /fmicb.2011.00210 . PMC 3192317. PMID 22016749.
- ^ abcdef Jóźwik IK, Passos DO, Lyumkis D (сентябрь 2020 г.). «Структурная биология ингибиторов переноса цепи интегразы ВИЧ». Trends in Pharmacological Sciences . 41 (9): 611– 626. doi :10.1016/j.tips.2020.06.003. PMC 7429322. PMID 32624197 .
- ^ abcd Delelis O, Carayon K, Saïb A, Deprez E, Mouscadet JF (декабрь 2008 г.). "Интеграза и интеграция: биохимическая активность интегразы ВИЧ-1". Retrovirology . 5 (1): 114. doi : 10.1186/1742-4690-5-114 . PMC 2615046 . PMID 19091057.
- ^ Lodi PJ, Ernst JA, Kuszewski J, Hickman AB, Engelman A, Craigie R и др. (август 1995 г.). «Структура раствора домена связывания ДНК интегразы ВИЧ-1». Biochemistry . 34 (31): 9826– 9833. doi :10.1021/bi00031a002. PMID 7632683.
- ^ abcd Choi E, Mallareddy JR, Lu D, Kolluru S (октябрь 2018 г.). «Последние достижения в открытии малых молекулярных ингибиторов интегразы ВИЧ-1». Future Science OA . 4 (9): FSO338. doi :10.4155/fsoa-2018-0060. PMC 6222271. PMID 30416746 .
- ^ Заяц С., Ди Нунцио Ф., Лабежа А., Ван Дж., Энгельман А., Черепанов П. (июль 2009 г.). Любан Дж. (ред.). «Структурные основы функциональной тетрамеризации лентивирусной интегразы». ПЛОС Патогены . 5 (7): e1000515. дои : 10.1371/journal.ppat.1000515 . ПМК 2705190 . ПМИД 19609359.
- ^ Craigie R, Bushman FD (июль 2012 г.). «Интеграция ДНК ВИЧ». Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine . 2 (7): a006890. doi :10.1101/cshperspect.a006890. PMC 3385939. PMID 22762018 .
- ^ Burdick RC, Pathak VK (январь 2021 г.). «Эффективная обратная транскрипция ВИЧ-1 in vitro: требуется оптимальная стабильность капсида». Signal Transduction and Targeted Therapy . 6 (1): 13. doi :10.1038/s41392-020-00458-3. PMC 7804106. PMID 33436564 .
- ^ Maldarelli F (февраль 2016 г.). «Роль интеграции ВИЧ в вирусной персистенции: больше никаких свистков мимо провирусного кладбища». Журнал клинических исследований . 126 (2): 438– 447. doi : 10.1172/JCI80564. PMC 4731194. PMID 26829624 .
- ^ abc Mahboubi-Rabbani M, Abbasi M, Hajimahdi Z, Zarghi A (2021). "Двойные ингибиторы обратной транскриптазы/интегразы ВИЧ-1: обзор последних достижений и исследований взаимосвязи структуры и активности". Iranian Journal of Pharmaceutical Research . 20 (2): 333–369 . doi :10.22037/ijpr.2021.115446.15370. PMC 8457747. PMID 34567166 .
Дальнейшее чтение
Внешние ссылки
- Молекула месяца PDB-101: 135 ВИЧ-интеграза
- Интегразы в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
