La struttura di comprensione della proteasi di HIV-1 vitale allo sviluppo del HIV di prossima generazione droga

Il HIV, il virus che causa l'AIDS, ha quello diventato delle sfide della salubrità più serie e dello sviluppo del mondo. Corrente, ci sono circa 36,9 milione di persone che vivono con il HIV e decine di milioni di gente è morto delle cause relazionate all'AIDS dall'inizio dell'epidemia nel 1981. Il HIV non solo pregiudica la salubrità delle persone, urta le famiglie, comunità e lo sviluppo e lo sviluppo economico delle nazioni - non c'è ancora maturazione.

Una struttura 3D della proteasi di HIV-1 nella rappresentazione del fumetto con il darunavir clinico rilegato della droga (indicato come bastoni). Il sito catalitico contiene due residui molto attentamente posizionati dell'acido aspartico. L'inserzione descrive la reazione di trasferimento dell'idrogeno nel sito catalitico, catturato per la prima volta dalla cristallografia del neutrone. (Credito: Jill Hemman e Andrey Kovalevsky, laboratorio nazionale di Oak Ridge)

Il trattamento del HIV include i farmaci per impedire e trattare le molte infezioni opportunistiche che possono accadere quando il sistema immunitario è compromesso dal HIV come pure l'uso della terapia del antiretroviral (ART) attaccare il virus stesso, allo scopo di fermare lo sviluppo dell'AIDS. L'ARTE, in primo luogo introdotta nel 1996, piombo alle riduzioni drammatiche della morbosità e della mortalità; globalmente, 40% della gente che vive con il HIV stanno ricevendo il trattamento. La proteasi di HIV-1 è un enzima responsabile di maturazione delle particelle del virus nei virions contagiosi del HIV, che infine piombo allo sviluppo dell'AIDS. Senza efficace attività della proteasi di HIV-1, i virions del HIV rimangono non infettivi - con questo ruolo integrale nella replica del HIV, la rottura di attività della proteasi di HIV-1 è quindi un obbiettivo chiave per le riuscite droghe di ARTE.

La progettazione di efficaci droghe di ARTE piombo dalle strutture dei complessi della proteasi/droga di HIV-1 determinati facendo uso di cristallografia a raggi x e sebbene questa piombo allo sviluppo delle droghe disponibili nel commercio, da una limitazione del metodo è che le posizioni degli atomi e dei protoni di idrogeno mobili non possono essere risolute facendo uso dei raggi x, ma la conoscenza della loro posizione e movimento è vitale per la guida della progettazione di terapie farmacologiche più efficaci dal gioco di interazioni di idrogeno-legame un ruolo chiave in quanto efficace una droga lega al suo obiettivo.

Recentemente tuttavia, una collaborazione fra la Georgia State University, U.S.A., laboratorio nazionale di Oak Ridge, U.S.A. (ORNL) e il Institut Laue-Langevin, Francia (MALATA) ha usato la cristallografia del neutrone per sondare la struttura della proteasi di HIV-1 nel complesso con il darunavir clinico dell'inibitore, permettendo che i dettagli delle interazioni di idrogeno-legame nel sito attivo modi rivelare e siano determinati migliorare l'droga associazione e diminuire la farmacoresistenza. Il gruppo poteva egualmente fare luce sulla sensibilità a pH dell'attività catalitica degli enzimi.

Determinando le strutture ai pHs differenti, il gruppo poteva direttamente osservare le posizioni degli atomi di idrogeno prima e dopo da un trasferimento indotto da pH di due-Proton fra la droga e l'enzima. La configurazione a basso pH del protone nel sito catalitico, critico per l'atto catalitico di questo enzima, è stata indicata per essere avviata dagli effetti elettrostatici in seguito ai cambiamenti di stato di protonazione dei residui di superficie lontano dal sito attivo. Questi dettagli possono contribuire a assistere nella progettazione di nuove più efficaci droghe di ARTE ed erano soltanto possibili con l'uso della cristallografia del neutrone.

Il Dott. MALATO Matthew Blakeley dello scienziato dello strumento ha detto:

Questi risultati evidenziano che i neutroni rappresentano una sonda superba per ottenere i dettagli strutturali per le reazioni di trasferimento di protone nei sistemi biologici.

Lo scienziato al ORNL, il Dott. Andrey Kovalevsky di R & S ha aggiunto: “La struttura di Darunavir permette che cri più legami idrogeni con il sito attivo della proteasi che la maggior parte delle droghe del suo tipo, mentre la spina dorsale della proteasi di HIV-1 mantiene la sua conformazione spaziale in presenza delle mutazioni, significanti l'interazione della Darunavir-proteasi è meno probabili essere interrotta da una mutazione. Dato queste caratteristiche, Darunavir è un obiettivo eccellente di terapia per raffinare e quindi migliorare il trattamento del HIV.„ Infatti, negli Stati Uniti e nel Regno Unito, i costi di sanità sono stati stimati per essere più bassi con Darunavir che altre simili droghe, naturalmente rendenti a Darunavir un fuoco chiave per l'innovazione della droga nell'area di terapia del HIV.

L'osservazione diretta del trasferimento di protone nei sistemi chimici e biologici è provocatoria; la cristallografia macromolecolare del neutrone è stata chiave nel fornire i dati dettagliati chiave per quanto riguarda idrogeno che sono stati tenuti per rispondere alle domande di lunga durata circa il meccanismo degli enzimi di questo obiettivo importante della droga del HIV. Inoltre, l'osservazione che cambia negli protonazione-stati dell'amminoacido distanti dal attivo-sito può avviare un cambiamento nella configurazione dell'idrogeno nel attivo-sito può applicarsi ad altre proteasi aspartiche e forse agli enzimi più generalmente. Con i miglioramenti recenti che sono stati apportati, il campo della cristallografia macromolecolare del neutrone sta espandendosi, con gli studi che indirizzano vari trattamenti biologici importanti da folding proteico alla resistenza a antibiotici ed al trasporto del protone attraverso le membrane biologiche.