インテグラーゼ

レトロウイルスインテグラーゼ（IN）は、レトロウイルス（ HIVなど）によって産生される酵素で、感染した宿主細胞の遺伝情報に自身の遺伝情報を組み込む（共有結合を形成する）ものです。 ^[¹^]レトロウイルスINは、部位特異的組換えで説明されているλファージインテグラーゼなどのバイオテクノロジーで使用されるファージインテグラーゼ（リコンビナーゼ）と混同してはいけません。

ウイルスDNA末端に結合したIN高分子の巨大分子複合体はインテグラソームと呼ばれており、INはこの複合体およびレトロウイルス前インテグレーション複合体の重要な構成要素である。^[²^]

構造

すべてのレトロウイルスINタンパク質は、柔軟なリンカーで連結された3つの標準的なドメインを含んでいます。^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

N末端HH-CC亜鉛結合ドメイン（Zn(II)カチオンの配位によって安定化された3つのらせん束）、
触媒コアドメイン（RNaseHフォールド）、
C末端DNA結合ドメイン（SH3フォールド）。

HIV-1、HIV-2、 SIV、およびラウス肉腫ウイルス（RSV）のインテグラーゼの個々のドメインおよび2ドメイン構造の結晶構造とNMR構造が報告されており、最初の構造は1994年に決定されました。^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}生化学的データと構造データは、レトロウイルスINが四量体（二量体の二量体）として機能し、3つのドメインすべてが多量体化とウイルスDNA結合に重要であることを示唆しています。^{[ 7 ]}さらに、いくつかの宿主細胞タンパク質がINと相互作用して統合プロセスを促進することが示されています。たとえば、宿主因子であるヒトクロマチン関連タンパク質LEDGFは、HIV INに強く結合し、HIV前統合複合体を統合のために高発現遺伝子に向けます。^{[ 8 ]}

ヒト泡沫ウイルス（HFV）はヒトに無害な病原体であり、HIV INに類似したインテグラーゼを持っているため、HIV IN機能のモデルとなっている。2010年には、ウイルスDNA末端に組み立てられたHFVインテグラーゼの結晶構造が決定された。^{[ 6 ]}

機能とメカニズム

ウイルスRNA/DNA依存性DNAポリメラーゼ逆転写酵素による二本鎖線状ウイルスDNAの生成後にインテグレーションが起こる。^{[ 9 ]}

INの主な機能は、ウイルスDNAを宿主染色体DNAに挿入することであり、これはHIV複製に不可欠なステップである。インテグレーションは細胞にとって「後戻りできない地点」であり、細胞はウイルスゲノム（プロウイルス）の永久的なキャリアとなる。インテグレーションは、レトロウイルス感染の持続の一因となっている。^{[ 10 ]}インテグレーション後、ウイルス遺伝子発現と粒子産生は、すぐに起こる場合もあれば、将来のある時点で起こる場合もあり、そのタイミングはプロウイルスを宿している染色体座の活性に依存する。^{[ 4 ]}

レトロウイルスINは2つの反応を触媒します：^{[ 4 ]}

3'末端処理とは、ウイルスDNAの3'末端の一方または両方から2つまたは3つのヌクレオチドを除去し、不変のCAジヌクレオチドを露出させる処理である。
ウイルスDNAの処理された3'末端が宿主染色体DNAに共有結合的に連結される鎖転移反応。

どちらの反応も同じ活性部位で触媒され、共有結合性のタンパク質-DNA中間体を介さずにトランスエステル化を伴います（ Ser/Tyrリコンビナーゼ触媒反応とは対照的です）。^[⁴^]

HIV感染者

HIVインテグラーゼは、 N末端、触媒コアドメイン、C末端の3つのドメインからなる32kDaのウイルス性タンパク質であり^{、それぞれがHIVインテグラーゼの有効性に寄与する異なる特性と機能を持っている。 [ 3 ]}

N末端は50個のアミノ酸残基から構成され、保存されたヒスチジン、ヒスチジン、シトシン、シトシンの配列を含み、亜鉛イオンをキレート化することで、触媒コアドメインの酵素活性をさらに高めます。^{[ 3 ]}金属キレート化はインテグラーゼの有効性に不可欠であるため、レトロウイルス療法の開発の標的となっています。^{[ 3 ]}

触媒コア領域は、N末端と同様に、高度に保存されたアミノ酸残基であるAsp64、Asp116、Glu152を含んでおり、保存されたDDE（Asp-Asp-Glu）モチーフがインテグラーゼのエンドヌクレアーゼおよびポリヌクレオチド転移酵素機能に寄与している。これらの領域の変異はインテグラーゼを不活性化し、ゲノムへの組み込みを阻害する。^{[ 3 ]}

C末端ドメインは宿主DNAに非特異的に結合し、インテグレーション複合体を安定化させる。^{[ 3 ]}

統合メカニズム

HIVの二本鎖DNAゲノムの合成後、インテグラーゼはゲノムの両端に隣接する長いタンデムリピートに結合する。インテグラーゼはエンドヌクレアーゼ活性を用いて、3'-プロセシングと呼ばれる処理でゲノムの3'末端からジヌクレオチドまたはトリヌクレオチドを切断する。^{[ 11 ]}^{切断の特異性は、触媒コアドメインのDDEモチーフと相互作用し、インテグラーゼ機能の補因子として機能するMn2 +}やMg2 ⁺などの補因子の使用によって向上する。^{[ 11 ]}

新たに生成された3'OH基は、SN2型求核攻撃によって宿主DNAのホスホジエステル結合を破壊する。 ^{[ 6 ]} 3'末端は標的DNAに共有結合する。ウイルスゲノムの5'突出部は、宿主修復酵素によって切断され、これらの酵素は5'末端を宿主ゲノムに組み込み、プロウイルスを形成する役割を担っていると考えられている。^{[ 6 ]}^{[ 11 ]}

抗レトロウイルス療法

2005年11月、治験薬であるHIVインテグラーゼ阻害剤MK -0518の第2相臨床試験データにより、この化合物が強力な抗ウイルス活性を有することが実証された。2007年10月12日、米国食品医薬品局（FDA）はインテグラーゼ阻害剤ラルテグラビル（MK-0518、商品名イセントレス）を承認した。2番目のインテグラーゼ阻害剤であるエルビテグラビルは、2012年8月に米国で承認された。

参考文献

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さらに読む

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外部リンク

PDB-101 今月の分子：135 HIVインテグラーゼ
米国国立医学図書館の医学主題見出し（MeSH）におけるインテグラーゼ

[1] Beck BJ、Freudenreich O、Worth JL (2010)「ヒト免疫不全ウイルス感染症および後天性免疫不全症候群の患者」マサチューセッツ総合病院総合病院精神医学ハンドブック。Elsevier。pp. 353–370。doi : 10.1016 / b978-1-4377-1927-7.00026-1。ISBN 9781437719277。

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