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Proteasa del VIH-1

La proteasa del VIH-1 o PR es una aspartil proteasa retroviral (retropepsina), una enzima involucrada en la hidrólisis del enlace peptídico en los retrovirus, que es esencial para el ciclo de vida del VIH , el retrovirus que causa el SIDA . [1] [2] La PR del VIH-1 escinde poliproteínas recién sintetizadas (a saber, Gag y Gag- Pol [3] ) en nueve sitios de escisión para crear los componentes proteicos maduros de un virión del VIH , la forma infecciosa de un virus fuera de la célula huésped. [4] Sin una PR eficaz del VIH-1, los viriones del VIH siguen sin ser infecciosos. [5] [6]

Estructura

Proteasa del VIH-1 etiquetada según su parecido con un bulldog inglés o un gato gordo. [7] Las cintas azul y verde cian representan la estructura principal del péptido de una estructura de tipo salvaje ( 1D4S ​) y una estructura mutante ( 1KZK ​), respectivamente.

La proteasa madura del VIH existe como un homodímero de 22 kDa , con cada subunidad formada por 99 aminoácidos. [1] Un único sitio activo se encuentra entre las subunidades idénticas y tiene la secuencia de tríada catalítica Asp - Thr - Gly (Asp25, Thr26 y Gly27) característica común a las proteasas aspárticas. [8] Como la PR del VIH-1 solo puede funcionar como un dímero, la proteasa madura contiene dos aminoácidos Asp25, uno de cada monómero, que actúan en conjunto como residuos catalíticos. [9] Además, la proteasa del VIH tiene dos "aletas" moleculares que se mueven una distancia de hasta 7 Å cuando la enzima se asocia con un sustrato. [10] Esto se puede visualizar con animaciones de las aletas abriéndose y cerrándose.

Biosíntesis

La región Gag-Pol que contiene el gen de la proteasa flanqueado por la pol p6 en el extremo N y la transcriptasa inversa en el extremo C. "Hxb2genome"

Precursor

La poliproteína Gag-Pol, que contiene proteínas de codificación prematura, incluyendo el PR del VIH-1. [9] El PR se encuentra entre la transcriptasa inversa (que está en el extremo C del PR) y la pol p6 (que está en el extremo N del PR) de la región transframe (TFR). [11]

Para que este precursor se convierta en una proteína funcional, cada monómero debe asociarse con otro monómero PR del VIH-1 para formar un sitio activo catalítico funcional, cada uno contribuyendo con el Asp25 de sus respectivas tríadas catalíticas. [9]

Mecanismo de síntesis

Cuando el ARN viral del VIH entra en la célula, va acompañado de una transcriptasa inversa , una integrasa y un PR del VIH-1 maduro. La transcriptasa inversa convierte el ARN viral en ADN, lo que facilita el papel de la integrasa en la incorporación de la información genética viral con el ADN de la célula huésped. [2] El ADN viral puede permanecer latente en el núcleo o ser transcrito en ARNm y traducido por la célula huésped en la poliproteína Gag-Pol, que luego sería escindida en proteínas funcionales individuales (incluido un PR del VIH-1 recién sintetizado) por el PR del VIH-1 maduro. [9]

El precursor PR del VIH-1 cataliza su propia producción al facilitar su escisión de la poliproteína Gag-Pol en un mecanismo conocido como autoprocesamiento. El autoprocesamiento del PR del VIH-1 se caracteriza por dos pasos secuenciales: (1) la escisión intramolecular del extremo N en el sitio de escisión de la proteasa p6 pol , que sirve para finalizar el procesamiento del PR y aumentar la actividad enzimática con el intermediario PR-transcriptasa inversa recién formado, y (2) la escisión intermolecular del extremo C en el sitio de escisión de la proteasa-transcriptasa inversa, que conduce al ensamblaje de dos subunidades del PR en dímeros maduros. [12] [13] La dimerización de las dos subunidades permite la formación de un sitio activo combinado completamente funcional, caracterizado por dos residuos catalíticos Asp25 (uno de cada monómero). [14]

El dímero de la proteasa del VIH-1 (verde y cian) con el sitio activo Asp-25 en rojo.

Función

El PR del VIH-1 cumple una doble función. El PR precursor del VIH-1 es responsable de catalizar su propia producción en enzimas PR maduras a través del autoprocesamiento de PR. [15] La proteasa madura es capaz de hidrolizar enlaces peptídicos en las poliproteínas Gag-Pol en nueve sitios específicos, procesando las subunidades resultantes en proteínas maduras y completamente funcionales. Estas proteínas escindidas, que incluyen la transcriptasa inversa, la integrasa y la ARNasa H, están codificadas por los componentes de la región codificante necesarios para la replicación viral. [4]

Mecanismo

Como proteasa aspártica, la PR del VIH-1 dimerizada funciona a través del complejo del grupo aspartilo, para realizar la hidrólisis. De los dos residuos Asp25 en el sitio activo catalítico combinado de la PR del VIH-1, uno está desprotonado mientras que el otro está protonado, debido a las diferencias de pKa con el microambiente. [16]

En un mecanismo general de proteasa aspártica, una vez que el sustrato está unido correctamente al sitio activo de la enzima, el aminoácido catalítico Asp25 desprotonado sufre catálisis básica, convirtiendo a la molécula de agua entrante en un mejor nucleófilo al desprotonarla. El ion hidroxilo resultante ataca al carbono carbonilo del enlace peptídico, formando un intermedio con un oxianión transitorio, que es estabilizado por el Asp25 inicialmente protonado. El oxianión vuelve a formar un doble enlace, lo que lleva a la escisión del enlace peptídico entre los dos aminoácidos, mientras que el Asp25 inicialmente desprotonado sufre catálisis ácida para donar su protón al grupo amino, haciendo que el grupo amino sea un mejor grupo saliente para la escisión completa del enlace peptídico y volviendo a su estado desprotonado original. [2] [17]

Si bien la PR del VIH-1 comparte muchas de las mismas características que una proteasa aspártica no viral, algunas evidencias han demostrado que la PR del VIH-1 cataliza la hidrólisis de manera concertada; en otras palabras, la molécula de agua nucleófila y el Asp25 protonado atacan simultáneamente el enlace peptídico escindible durante la catálisis. [17] [18]

Mecanismo catalítico de una aspartil proteasa general, que contiene los dos residuos característicos Asp25 en forma desprotonada y protonada. " Mecanismo de la aspartil proteasa.png "

Como objetivo farmacológico

La proteasa del VIH-1 tiene los aminoácidos AspThrGly clásicos de las aspartil proteasas. Estos aminoácidos se encuentran en las posiciones 25, 26 y 27 y son los responsables de la actividad catalítica.

La proteasa del VIH, por su papel fundamental en la replicación del VIH, ha sido un objetivo primordial de la terapia farmacológica. Los inhibidores de la proteasa del VIH funcionan uniéndose específicamente al sitio activo imitando el intermediario tetraédrico de su sustrato y, en esencia, “quedándose pegados”, desactivando la enzima. Después del ensamblaje y la gemación, las partículas virales que carecen de proteasa activa no pueden madurar y convertirse en viriones infecciosos. Se han autorizado varios inhibidores de la proteasa para la terapia del VIH. [19]

Existen diez inhibidores de la PR del VIH-1 que están aprobados actualmente por la Administración de Alimentos y Medicamentos : indinavir , saquinavir , ritonavir , nelfinavir , lopinavir , amprenavir , fosamprenevir , atazanavir , tipranavir y darunavir . Muchos de los inhibidores tienen diferentes componentes moleculares y, por lo tanto, diferentes acciones mecanísticas, como el bloqueo del sitio activo. Sus funciones también se extienden a la influencia de las concentraciones circulantes de otros fármacos inhibidores (ritonavir) y se utilizan solo para ciertas circunstancias en las que el virus muestra tolerancia a otros inhibidores (tipranavir). [4] [20]

Evolución y resistencia

Debido a las altas tasas de mutación de los retrovirus, especialmente debido a las regiones sensibles a las mutaciones (en particular la región que contiene la secuencia de la tríada catalítica), y considerando que los cambios en unos pocos aminoácidos dentro de la proteasa del VIH pueden hacerla mucho menos visible para un inhibidor, el sitio activo de esta enzima puede cambiar rápidamente cuando está bajo la presión selectiva de fármacos inhibidores de la replicación. [21] [22]

En general, se asocian dos tipos de mutaciones con el aumento de la resistencia a los fármacos: las mutaciones "principales" y las mutaciones "secundarias". Las mutaciones principales implican una mutación en el sitio activo del PR del VIH-1, que impide que los inhibidores selectivos se unan a él. Las mutaciones secundarias se refieren a cambios moleculares en la periferia de la enzima debido a la exposición prolongada a sustancias químicas similares, que pueden afectar la especificidad del inhibidor para el PR del VIH-1. [3]

Una estrategia para minimizar el desarrollo de resistencia a los fármacos en el VIH es administrar una combinación de fármacos que inhiban varios aspectos clave del ciclo de replicación del VIH simultáneamente, en lugar de un fármaco a la vez. Otros objetivos de la terapia farmacológica incluyen la transcriptasa inversa , la adhesión del virus, la fusión de membranas, la integración del ADNc y el ensamblaje del virión. [23] [24]

Véase también

Enlaces externos

Referencias

  1. ^ ab Davies DR (1990). "La estructura y función de las proteinasas aspárticas". Revisión anual de biofísica y química biofísica . 19 (1): 189–215. doi :10.1146/annurev.bb.19.060190.001201. PMID  2194475.
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  3. ^ ab Huang X, Britto MD, Kear-Scott JL, Boone CD, Rocca JR, Simmerling C, Mckenna R, Bieri M, Gooley PR, Dunn BM, Fanucci GE (junio de 2014). "El papel de los polimorfismos de subtipos selectos en el muestreo y la dinámica conformacional de la proteasa del VIH-1". The Journal of Biological Chemistry . 289 (24): 17203–14. doi : 10.1074/jbc.M114.571836 . PMC 4059161 . PMID  24742668. 
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