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| HIV-1 プロテアーゼ (レトロペプシン) | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 3.4.23.16 | ||||||||
| CAS番号 | 144114-21-6 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnzビュー | ||||||||
| ブレンダ | BRENDAエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZyme ビュー | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイク | 代謝経路 | ||||||||
| プリアモス | プロフィール | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| 遺伝子オントロジー | アミゴー / クイックゴー | ||||||||
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HIV-1プロテアーゼまたはPRは、レトロウイルスのアスパルチルプロテアーゼ（レトロペプシン）であり、レトロウイルスのペプチド結合加水分解に関与する酵素であり、エイズを引き起こすレトロウイルスであるHIVのライフサイクルに不可欠です。[1] [2] HIV-1 PRは、新しく合成されたポリタンパク質（つまり、GagとGag- Pol [3] ）を9つの切断部位で切断し、宿主細胞外でのウイルスの感染形態であるHIVビリオンの成熟タンパク質成分を作成します。 [4]効果的なHIV-1 PRがなければ、HIVビリオンは感染性がありません。[5] [6]
構造
成熟したHIVプロテアーゼは22kDaのホモ二量体として存在し、各サブユニットは99個のアミノ酸で構成されています。[1]単一の活性部位が同一のサブユニットの間にあり、アスパラギン酸プロテアーゼに共通する特徴的なAsp - Thr - Gly（Asp25、Thr26、およびGly27）触媒三量体配列を持っています。[8] HIV-1 PRは二量体としてのみ機能するため、成熟したプロテアーゼには各モノマーから1つずつ、2つのAsp25アミノ酸が含まれており、これらは互いに連携して触媒残基として機能します。[9]さらに、HIVプロテアーゼには2つの分子「フラップ」があり、酵素が基質と結合すると最大7Åの距離を移動します。[10]これは、フラップが開いたり閉じたりするアニメーションで視覚化できます。
生合成
前駆
Gag-Polポリタンパク質には、HIV-1 PRを含む未熟なコーディングタンパク質が含まれています。[9] PRは、トランスフレーム領域（TFR）の逆転写酵素（PRのC末端にある）とp6ポリメラーゼ（PRのN末端にある）の間に位置します。[11]
この前駆体が機能的なタンパク質になるためには、各モノマーが別のHIV-1 PRモノマーと結合して、それぞれの触媒三元構造のAsp25を寄与することで機能的な触媒活性部位を形成する必要がある。[9]
合成メカニズム
ウイルスのHIV-RNAが細胞内に入ると、逆転写酵素、インテグラーゼ、成熟したHIV-1 PRが伴う。逆転写酵素はウイルスRNAをDNAに変換し、ウイルスの遺伝情報を宿主細胞のDNAに組み込むインテグラーゼの役割を促進する。[2]ウイルスDNAは核内で休眠状態のままになるか、mRNAに転写されて宿主細胞によってGag-Polポリタンパク質に翻訳され、その後成熟したHIV-1 PRによって個々の機能タンパク質（新しく合成されたHIV-1 PRを含む）に切断される。[9]
HIV-1 PR 前駆体は、自動処理として知られるメカニズムで Gag-Pol ポリタンパク質からの切断を促進することにより、自身の生成を触媒します。HIV-1 PR の自動処理は、2 つの連続したステップによって特徴付けられます。(1) p6 pol -プロテアーゼ切断部位での N 末端の分子内切断。これにより PR 処理が完了し、新しく形成された PR-逆転写酵素中間体による酵素活性が高まります。(2) プロテアーゼ-逆転写酵素切断部位での C 末端の分子間切断。これにより、2 つの PR サブユニットが成熟した二量体に組み立てられます。[12] [13] 2 つのサブユニットの二量体化により、2 つの Asp25 触媒残基 (各モノマーから 1 つ) を特徴とする、完全に機能する複合活性部位が形成されます。[14]
HIV-1 プロテアーゼ二量体 (緑とシアン)、活性部位Asp-25 は赤色。
関数
HIV-1 PRには2つの目的があります。前駆HIV-1 PRは、PR自動処理を介して成熟PR酵素への自身の生成を触媒する役割を担っています。[15]成熟プロテアーゼは、Gag-Polポリタンパク質のペプチド結合を9つの特定の部位で加水分解し、結果として生じるサブユニットを成熟した完全に機能するタンパク質に処理することができます。逆転写酵素、インテグラーゼ、RNaseHなどのこれらの切断されたタンパク質は、ウイルスの複製に必要なコード領域コンポーネントによってコード化されています。[4]
機構
アスパラギン酸プロテアーゼとして、二量体化したHIV-1 PRはアスパルチル基複合体を介して機能し、加水分解を行う。HIV-1 PRの複合触媒活性部位にある2つのAsp25残基のうち、微小環境とのpKaの違いにより、1つは脱プロトン化され、もう1つはプロトン化される。[16]
一般的なアスパラギン酸プロテアーゼのメカニズムでは、基質が酵素の活性部位に適切に結合すると、脱プロトン化された Asp25 触媒アミノ酸が塩基触媒作用を受け、入ってくる水分子を脱プロトン化することで求核剤としてより優れたものにします。結果として生じたヒドロキシルイオンがペプチド結合のカルボニル炭素を攻撃し、一時的なオキシアニオンを持つ中間体を形成し、これは最初にプロトン化された Asp25 によって安定化されます。オキシアニオンは二重結合を再形成し、2 つのアミノ酸間のペプチド結合の切断を引き起こします。一方、最初に脱プロトン化された Asp25 は酸触媒作用を受けてそのプロトンをアミノ基に供与し、アミノ基はペプチド結合の切断を完了するためのより優れた脱離基となり、元の脱プロトン化状態に戻ります。[2] [17]
HIV-1 PRは非ウイルス性アスパラギン酸プロテアーゼと多くの共通点を持つが、いくつかの証拠はHIV-1 PRが協調的に加水分解を触媒することを示す。言い換えれば、求核性水分子とプロトン化されたAsp25が触媒中に切断可能なペプチド結合を同時に攻撃する。 [17] [18]
薬物ターゲットとして
HIVプロテアーゼはHIV複製に不可欠な役割を果たしており、薬物療法の主なターゲットとなっています。HIVプロテアーゼ阻害剤は、基質の四面体中間体を模倣して活性部位に特異的に結合し、本質的に「固まって」酵素を無効にすることで作用します。組み立てと出芽後、活性プロテアーゼを欠くウイルス粒子は感染性ウイルス粒子に成熟できません。いくつかのプロテアーゼ阻害剤がHIV治療に認可されています。[19]
現在、食品医薬品局に承認されているHIV-1 PR阻害剤は10種類あり、インディナビル、サキナビル、リトナビル、ネルフィナビル、ロピナビル、アンプレナビル、ホサムプレネビル、アタザナビル、チプラナビル、ダルナビルである。阻害剤の多くは分子成分が異なり、活性部位の阻害などメカニズムも異なる。それらの機能的役割は、他の阻害剤（リトナビル）の血中濃度に影響を与えることや、ウイルスが他の阻害剤に耐性を示す特定の状況でのみ使用されること（チプラナビル）にも及ぶ。[4] [20]
進化と抵抗
レトロウイルスの変異率が高く、特に変異感受性領域（特に触媒トライアド配列を含む領域）が原因で、またHIVプロテアーゼ内のいくつかのアミノ酸の変化が阻害剤に対する可視性を大幅に低下させることを考慮すると、この酵素の活性部位は複製阻害薬の選択圧を受けると急速に変化する可能性がある。[21] [22]
一般的に薬剤耐性の増加には、「主要」変異と「二次」変異の2種類の変異が関連している。主要変異は、HIV-1 PRの活性部位の変異で、選択的阻害剤が結合するのを妨げる。二次変異は、類似の化学物質への長期曝露による酵素の周辺部の分子変化を指し、HIV-1 PRに対する阻害剤の特異性に影響を与える可能性がある。[3]
HIVの薬剤耐性の発現を最小限に抑える方法の1つは、一度に1つの薬剤を投与するのではなく、HIV複製サイクルのいくつかの重要な側面を同時に阻害する薬剤の組み合わせを投与することです。その他の薬物療法の標的には、逆転写酵素、ウイルス付着、膜融合、cDNA統合、およびウイルス粒子の組み立てなどがあります。[23] [24]
参照
外部リンク
- ペプチダーゼとその阻害剤に関する MEROPS オンライン データベース: A02.001
- Proteopedia HIV-1_protease - インタラクティブな 3D での HIV-1 プロテアーゼ構造。
- Proteopedia Flaps_Morph_for_HIV_Protease - X 線結晶構造に基づいたフラップの開閉のアニメーション。
- 米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)の HIV-1+プロテアーゼ
参考文献
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