HIV의 구조적 기초

Nature Communications 14권, 기사 번호: 1237(2023) 이 기사 인용

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HIV-1 성숙 억제제(MI), Bevirimat(BVM) 및 그 유사체는 CACTD-SP1 영역에 결합하고 안정화함으로써 캡시드 단백질 C-말단 도메인(CACTD)에서 스페이서 펩타이드 1(SP1)의 촉매 절단을 방해합니다. . MI는 현재의 항레트로바이러스 치료법을 보강하기 위한 대체 약물로 개발 중입니다. 유망하긴 하지만, 이들의 작용 메커니즘 및 관련 바이러스 저항성 경로는 분자, 생화학적, 구조적 수준에서 잘 이해되지 않은 채 남아 있습니다. 우리는 BVM 및/또는 어셈블리 보조 인자 이노시톨 헥사키스포스페이트(IP6)와 복합체를 이루는 CACTD-SP1의 미결정 어셈블리의 원자 분해능 마법 각도 회전 NMR 구조를 보고합니다. 우리의 결과는 BVM이 성숙을 방해하고 6-나선 다발 기공을 강화하고 SP1과 동시에 결합된 IP6의 움직임을 억제하는 메커니즘을 보여줍니다. 또한 BVM 내성 SP1-A1V 및 SP1-V7A 변종은 뚜렷한 형태 및 결합 특성을 나타냅니다. 종합하면, 우리의 연구는 BVM 저항에 대한 구조적 설명과 새로운 MI 설계에 대한 지침을 제공합니다.

HIV-1 성숙은 구조적 Gag 다단백질 전구체를 구성 도메인으로 절단하는 바이러스 프로테아제에 의해 유발됩니다1,2,3. HIV-1 Gag는 4개의 주요 구조 및 기능 도메인과 2개의 스페이서 펩타이드(MA, CA, SP1, NC, SP2 및 p6) 사이에 5개의 단백질 분해 절단 부위를 갖고 있습니다. 처리는 SP1-NC 사이트가 가장 빠르게 절단되고 CA-SP1 사이트가 마지막으로 절단되는 다양한 속도로 진행됩니다4. 유전적 및 효소적 연구에 따르면 CA-SP1 부위에서 분열을 억제하거나 심지어 분열을 늦추는 것만으로도 성숙 과정을 크게 방해하고 바이러스 감염성을 없애기에 충분합니다. 실제로 CA-SP1 처리를 방해하는 성숙 억제제(MI)는 현재 HIV 감염 치료법을 강화하기 위한 매력적인 후보로 떠오르고 있습니다5,6,7,8,9.

생화학적 및 구조적 연구에 따르면 CA-SP1의 느린 절단은 단백질 분해 부위의 구조적 격리로 인해 발생하는 것으로 나타났습니다. 조립된 미성숙 HIV-1 Gag 격자 내에서 CA-SP1 접합은 α-나선(접합 나선)으로 접혀 6-나선 다발로 자체 결합되어 Gag 6량체13,14를 안정화시킵니다. CA-L231과 SP1-A1 사이의 분리되기 쉬운 결합은 접합나선의 중간에 위치하며 6나선 다발 내부에 막혀 있습니다. 따라서 프로테아제가 이 부위에 접근하려면 6개 나선 다발이 적어도 부분적으로 펼쳐져야 합니다. 억제의 상세한 메커니즘은 확인되지 않았지만, 3-O-(3',3'-디메틸숙시닐)-베툴린산(Bevirimat 또는 BVM), 1-[2-(4-tert- 부틸페닐)-2-(2,3-디히드로-1H-인덴-2-일아미노)에틸]-3-(트리플루오로메틸)피리딘-2-온(PF-46396) 및 그 유사체는 다음에 결합하여 단백질 분해를 방해하는 것으로 생각됩니다. CA-SP1 접합 및 6-나선 번들 안정화 6,7,15,16,17,18. 따라서 MI는 기질 결합을 직접적으로 방해하지 않고 오히려 6-나선 다발의 전개를 억제하고 사실상 기질에 대한 프로테아제의 접근을 방해함으로써 간접적으로 작용합니다.

실험실 환경에서 HIV 감염의 강력한 억제제임에도 불구하고 MI는 아직 임상 용도로 승인되지 않았습니다. BVM은 1상 및 2상 임상 시험을 거쳤으며, 그 동안 HIV-1에 감염된 개인의 용량 의존적 바이러스 부하 감소가 관찰되었습니다. 그러나 추가 연구에 따르면 환자의 최대 50%에서 BVM이 바이러스 수치에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다20,21. 이러한 BVM 저항성은 자연적으로 발생하는 바이러스 서열 다형체, 특히 잔기 7과 8(SP1-V7A, -V7M, -T8Δ 및 -T8N)의 SP1 아미노산 변화와 관련이 있습니다. 또한, 시험관 내에서 BVM에 대한 여러 라운드의 선택을 통해 BVM 내성 변이체가 생성되었으며, 그 결과 SP1 잔기 1 및 3(SP1-A1V, -A3T 및 -A3V)의 아미노산 변화가 발생했습니다. 이 중 SP1-A1V는 바이러스 복제를 손상시키지 않습니다10.