计算机辅助设计抗HIV-1整合酶抑制剂的研究进展

HIV-1整合酶是HIV-1生命周期中必不可少的酶之一,已成为目前最具潜力的抗HIV药物设计的靶点之一。2007年,Merk公司研发的MK-5108作为首个整合酶抑制剂药物被美国食品药物管理局批准上市,标志着整合酶抑制剂研究的重大突破,也激发了抗HIV-1整合酶抑制剂研究的新一轮高潮。计算机辅助药物设计(computer-aided drug design,CADD)具有效率高、成本低等特点,基于计算机辅助手段合理药物设计已取得了很大的进展。文章综述了近几年来计算机辅助设计抗HIV整合酶抑制剂及耐药机理方面的研究进展。     

Ⅰ型人免疫缺陷病毒(HIV-1)逆转录酶在大肠杆菌中的表达及其初步纯化

Ⅰ型人免疫缺陷病毒(HIV-1)逆转录酶(RT)在抗病毒感染及AIDS治疗药物的设计中是一个重要的靶分子,并且可作为工具酶应用于逆转录PCR等分子生物学研究中。本研究将HIV-1RT基因经PCR扩增并修饰后克隆入大肠杆菌表达载体pBV220,所获重组子所表达的HIV-1RT蛋白占菌体总蛋白的8％左右,且经[~3H]dTTP掺入法证实该重组HIV-1RT具有RT聚合酶活性。用Q-Sepharose层析柱对重组HIV-1RT蛋白进行了初步纯化,所获纯化样品的RT聚合酶比活性(1.7×10~4U/mg)比纯化前的裂解上清提高612倍。     

人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)核心蛋白(p24)在大肠杆菌中的表达、纯化及鉴定

在大肠杆菌中,利用新构建的含Ｔ７噬菌体ｇ－１０核糖体结合位点（ＲＢＳ）,以及λ噬菌体ＰＲ启动子的新型原核表达载体,通过表达ｇａｇ－ｐｏｌ基因片段,获得了具有天然序列的人类免疫缺陷病毒１型（ＨＩＶ－１）核心蛋白ｐ２４（ＣＡ）的高效表达。克隆的ｇａｇ－ｐｏｌ基因片段在其阅读框架移位区域插入了４ｂｐ碱基,其表达的病毒蛋白酶在阅读框架上与ｇａｇ一致,从而实现了对ｇａｇ－ｐｏｌ融合蛋白的有效加工,产生成熟的核心蛋白ｐ２４及其它产物。重组ｐ２４以可溶形式存在,可以被抗ｐ２４的单克隆抗体特异识别。测定的Ｎ－端７个氨基酸序列与从病毒纯化的ｐ２４完全一致,在使用硫酸铵沉淀后,采用两步离子柱层析,可将重组蛋白纯化到９５％以上的纯度。ＥＬＩＳＡ分析表明,纯化的ｐ２４可以作为特异性很强的试剂而用于ＨＩＶ感染的诊断及病情的预后,并可用于ｐ２４的生化及结构分析。     

HIV-1整合酶及其抑制剂的研究进展

HIV-1整合酶是由HIV病毒pol基因编码的分子量为32KD的蛋白质,是HIV病毒复制的必需酶之一,它催化病毒DNA整合入宿主染色体DNA。人类细胞中没有HIV 整合酶的类似物[1],理论上抑制整合酶对人体副作用很小。因此HIV-1整合酶成为继HIV-1蛋白酶,逆转录酶后治疗艾滋病的富有吸引力和合理的靶标。本文综述了HIV整合酶结构,抑制剂的研究以及以HIV-1 整和酶为靶点治疗AIDS方法的最新研究进展。     

HIV-1整合酶链转移反应抑制剂的荧光筛选方法

整合酶被认为是抗HIV-1药物研究的理想靶点之一。为了建立便捷高效的整合酶链转移反应抑制剂筛选方法,首先将HIV-1整合酶原核表达载体pNL-IN转化入大肠杆菌感受态细胞BL21(DE3)进行原核表达,并用镍琼脂糖凝胶进行亲和纯化,获得了纯度和活性均较高的整合酶重组蛋白;然后设计了生物素标记的供体DNA和FITC标记的靶DNA,用链霉亲和素磁珠捕获反应体系中的DNA产物;最后用荧光分析仪检测DNA产物的荧光信号,并计算待测样品的抑制率。用已知整合酶抑制剂S-1360和MK-0518对筛选方法进行了验证,测定结果与已有实验数据相当,表明本筛选方法能够有效应用于HIV-1整合酶链转移反应抑制剂的筛选。与现有的整合酶链转移反应抑制剂筛选方法相比,本筛选方法步骤更为简化、耗时更短、成本更低。     

利用噬菌体肽库筛选与HIV-1p24抗原结合的多肽

通过噬菌体展示技术筛选出与HIV-1p24抗原结合的多肽,为用多肽辅助p24抗原检测提供实验基础.以重组p24抗原为靶蛋白,对噬菌体随机七肽库进行三轮筛选,用EUSA鉴定第三轮筛选到的噬菌体克隆与p24重组抗原的结合能力,再对噬菌体克隆进行测序分析,同时研究了ELISA中噬菌体加入量及多种封闭剂对噬菌体特异性结合能力的...     

Sp100与HIV-1整合酶互作并抑制其介导的病毒整合

Sp100是核颗粒ND10的组成蛋白,在哺乳动物细胞中广泛存在．Sp100参与多种细胞生理病理过程,如转录调控、细胞内抗病毒免疫等．利用酵母双杂交系统,我们发现了Sp100的互作蛋白HIV-1整合酶,免疫共沉淀实验进一步证实了Sp100与 HIV-1整合酶的互作,细胞内荧光共定位实验也证实了二者在细胞内部分共定位．此外,突变体实验表明,Sp100的C端300～480氨基酸和HIV-1的催化结构域是两个蛋白质的互作区域．利用siRNA降低细胞内Sp100的表达量,可以增加HIV-1整合酶介导的病毒的整合,反之,细胞内过表达Sp100则会降低HIV-1整合酶介导的病毒的整合．这是首次发现Sp100可以和HIV-1整合酶发生相互作用,并进而抑制病毒的整合．我们发现了Sp100作为HIV-1整合酶互作蛋白的新功能,并扩展了细胞防御病毒感染的相关研究．     

人类免疫缺陷病毒1型与细胞间的相互作用

自从发现人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)是引起获得性免疫缺陷综合征(AIDS)的病原体后,人们对HIV-1与人体相互作用的过程进行了深入研究.通过研究发现了HIV-1与机体相互作用的多种机制,例如HIV-1主要侵犯人体以CD4 T细胞为主的表达其结合表位(如CCR5和CXCR4)的免疫活性细胞[1].目前研究者在正常机体内发现多种物质与HIV-1致病有关.例如APOBEC蛋白(人体内主要为APOBEC3G),当HIV-1侵入机体后,该蛋白表达减少,这一过程在HIV-1的致病过程中发挥重要作用.通过对这些蛋白或分子的研究,进一步揭示了HIV-1的致病机制,为治疗HIV感染/AIDS提供了新思路.同时不同的HIV-1感染细胞模型的构建为AIDS的研究提供了多种工具.     

HIV-1整合酶核心区可溶性表达及抑制剂筛选

为了实现HIV-1整合酶蛋白核心区 (central core domain of integrase, IN-CCD) 的可溶性表达,并建立以IN-CCD为靶点的抑制剂体外筛选方法,从包含F185K突变HIV-1 IN基因的质粒中经PCR扩增得到含有F185K突变的IN-CCD基因,克隆到pET28b载体上构建重组质粒pIN-CCD,转化pIN-CCD至E. coli BL21 (DE3)中经IPTG诱导、表达,Ni-亲和层析纯化,获得IN-CCD蛋白。修饰DNA底物,以链亲和素包被的磁珠为载体捕获DNA产物,结合酶联免疫吸附测定法(ELISA)检测IN-CCD的去整合活性,并筛选以IN-CCD为靶点的抑制剂。结果表明重组蛋白IN-CCD实现了高效可溶性表达,纯化后蛋白纯度达95%。建立的ELISA可以检测IN-CCD的去整合活性,且方法特异性和灵敏度好,可以实现高通量抑制剂筛选。从100个样品中筛选得到5个具有初步抑制IN-CCD去整合活性的样品。     

人类免疫缺陷病毒1型gp140包膜蛋白三聚体在哺乳动物细胞中的高效表达及其性质鉴定

本研究目的是通过优化1型人类免疫缺陷病毒(HIV-1)gp140编码基因的密码子和克隆设计,从而实现在293T哺乳动物细胞中高效表达,并对纯化获得的gp140蛋白进行抗原性质鉴定。在本研究中选择HIV-1B亚型NL4-3全基因序列为模板进行gp140克隆构建,通过密码子优化、信号肽替换、增加柔性linker、三聚体折叠序列等方法优化设计。通过HIV-1转录反式激活因子tat共转HEK293T细胞进行gp140蛋白表达,采用镍柱纯化。SDS-PAGE、Western blot、ELISA、负染电镜等结果显示目的蛋白纯度高于70%,每升培养基可获得0.5mg gp140蛋白,并且具有良好的抗原活性,电镜下呈现三聚体结构。通过弗氏佐剂与目的蛋白混合免疫Balb/c小鼠,检测小鼠免疫血清显示gp140蛋白能有效刺激机体产生免疫应答。本研究通过优化表达获得B亚型HIV-1NL4-3gp140蛋白,为HIV-1病毒包膜蛋白结构和重组疫苗研究奠定基础。     

HIV-1整合酶的功能及其抑制剂的研究进展

I型人类免疫缺陷病毒（human immunodeflciency virustype1,HIV-1）在宿主细胞内经逆转录得到的cDNA,由整合酶（integrase,ry）催化插入到宿主基因组DNA中,该过程称为整合过程。整合是HIV-1复制周期中不可缺少的步骤,对于病毒的复制至关重要,因此对整合酶的抑制能够有效地起到抗HIV的作用。该文综述了整合酶的结构与功能以及目前关于整合酶抑制剂的最新研究进展。     

用分子模拟方法研究HIV-1整合酶突变体的耐药性机理

二酮酸类化合物(DKAs)是目前最有前景的HIV-1整合酶(integrase, IN)抑制剂．为了解DKAs引起的多种耐药株共有的耐药性机理,选择3种S-1360引起的IN耐药突变体,用分子对接和分子动力学模拟,研究了野生型和突变型IN与S-1360的结合模式,基于该结合模式探讨了3种耐药突变体所共有的耐药性机理．结果表明：在突变体中,S-1360结合到耐药突变IN核心区中的位置靠近功能loop 3区却远离与 DNA结合的关键残基,结合位置不同导致S-1360的抑制作用部分丧失;残基138到166区域的柔性对IN发挥生物学功能很重要,S-1360能与DNA结合的关键残基N155及K159形成氢键,这2个氢键作用降低了该区域的柔性,突变体中无类似氢键,因而该区域柔性增高;在突变体中,S-1360的苯环远离病毒DNA结合区,不能阻止病毒DNA末端暴露给宿主DNA;T66I突变导致残基Ⅰ的长侧链占据IN的活性口袋,阻止抑制剂以与野生型中相同的方式结合到活性中心,这均是产生抗药性的重要原因．这些模拟结果与实验结果吻合,可为抗IN的抑制剂设计和改造提供帮助．     

Defining the DNA Substrate Binding Sites on HIV-1 Integrase

A tetramer model for human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) integrase (IN) with DNA representing long terminal repeat (LTR) termini was previously assembled to predict the IN residues that interact with the LTR termini; these predictions were experimentally verified for nine amino acid residues [Chen, A., Weber, I. T., Harrison, R. W. & Leis, J. (2006). Identification of amino acids in HIV-1 and avian sarcoma virus integrase subsites required for specific recognition of the long terminal repeat ends. J. Biol. Chem., 281, 4173-4182]. In a similar strategy, the unique amino acids found in avian sarcoma virus IN, rather than HIV-1 or Mason-Pfizer monkey virus IN, were substituted into the structurally related positions of HIV-1 IN. Substitutions of six additional residues (Q44, L68, E69, D229, S230, and D253) showed changes in the 3′ processing specificity of the enzyme, verifying their predicted interaction with the LTR DNA. The newly identified residues extend interactions along a 16-bp length of the LTR termini and are consistent with known LTR DNA/HIV-1 IN cross-links. The tetramer model for HIV-1 IN with LTR termini was modified to include two IN binding domains for lens-epithelium-derived growth factor/p75. The target DNA was predicted to bind in a surface trench perpendicular to the plane of the LTR DNA binding sites of HIV-1 IN and extending alongside lens-epithelium-derived growth factor. This hypothesis is supported by the in vitro activity phenotype of HIV-1 IN mutant, with a K219S substitution showing loss in strand transfer activity while maintaining 3′ processing on an HIV-1 substrate. Mutations at seven other residues reported in the literature have the same phenotype, and all eight residues align along the length of the putative target DNA binding trench.     

Structural and Dynamical Properties of a Full-length HIV-1 Integrase: Molecular Dynamics Simulations

Abstract

The structural and dynamical properties of the complete full-length structure of HIV-1 integrase were investigated using Molecular Dynamics approach. Simulations were carried out for the three systems, core domain only (CORE), full-length structure without (FULL) and with a Mg²⁺ (FULL+ION) in its active site, aimed to investigate the difference in the molecular properties of the full-length models due to their different construction procedures as well as the effects of the two ends, C- and N-terminal, on those properties in the core domain. The full-length structure was prepared from the two experimental structures of two-domain fragment. The following properties were observed to differ significantly from the previous reports: (i) relative topology formed by an angle between the three domains; (ii) the cavity size defined by the catalytic triad, Asp64, Asp116, and Glul52; (iii) distances and solvation of the Mg²⁺; and (iv) conformation of the catalytic residues. In addition, the presence of the two terminal domains decreases the mobility of the central core domain significantly.     

病毒末端DNA与不同长度HIV-1整合酶四聚体的对接研究(英文)

整合酶(integrase,IN)是HIV病毒复制周期中的一个重要酶,一般认为,IN是以四聚体形式发挥其生物活性。本文用DOT软件包研究了IN四聚体与8个不同长度病毒末端DNA的结合模式,以及病毒DNA长度对二者识别的影响。结果表明,IN有3个DNA结合区域,其中两个是病毒DNA结合区域,另外一个是宿主DNA结合区域。模拟结果与实验数据吻合较好,本研究为基于整合酶结构的药物研发及整合酶整合机理的研究提供了良好的基础。     

Identification of interaction between HIV-1 glycoprotein 41 and integrase

Human immunodeficiency virus-1(HIV-1) encodes 15 viral proteins. Protein-protein interactions play a large role in the function of these proteins. In this study, we attempted to identify novel interactions between the HIV-1 proteins to better understand the role played by viral protein-protein interactions in the life cycle of HIV-1. Genes encoding the 15 viral proteins from the HIV-1 strain AD8 were inserted into the plasmids of a yeast two-hybrid system. By screening 120 pairs of proteins, interactions between seven pairs were found. This led to the discovery of an interaction between the HIV-1 proteins integrase(IN) and glycoprotein 41(gp41), which was confirmed by both co-immunoprecipitation(Co-IP) assays and fluorescence resonance energy transfer(FRET)imaging in live cells. In addition, it was found that the amino acids at positions 76–100 of gp41 are required for it to bind to IN. Deletion of this region from gp41 prevented its interaction with IN and reduced the production of HIV-1 in 293 T cells. This study provides new information on HIV-1protein-protein interactions which improves the understanding of the biological functions of gp41 and IN during the virus life cycle.