Basi strutturali dell'HIV

Nature Communications volume 14, numero articolo: 1237 (2023) Citare questo articolo

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Gli inibitori della maturazione dell'HIV-1 (MI), Bevirimat (BVM) e i suoi analoghi interferiscono con la scissione catalitica del peptide spaziatore 1 (SP1) dal dominio C-terminale della proteina capside (CACTD), legandosi e stabilizzando la regione CACTD-SP1 . Gli MI sono in fase di sviluppo come farmaci alternativi per potenziare le attuali terapie antiretrovirali. Sebbene promettenti, il loro meccanismo d’azione e i percorsi di resistenza virale associati rimangono poco conosciuti a livello molecolare, biochimico e strutturale. Riportiamo strutture NMR con rotazione ad angolo magico a risoluzione atomica di assemblaggi microcristallini di CACTD-SP1 complessati con BVM e/o il cofattore di assemblaggio inositolo esakisfosfato (IP6). I nostri risultati rivelano un meccanismo mediante il quale BVM interrompe la maturazione, restringendo il poro del fascio di 6 eliche ed estinguendo i movimenti di SP1 e IP6 legato contemporaneamente. Inoltre, le varianti SP1-A1V e SP1-V7A resistenti a BVM mostrano caratteristiche conformazionali e leganti distinte. Nel loro insieme, il nostro studio fornisce una spiegazione strutturale per la resistenza al BVM e una guida per la progettazione di nuovi MI.

La maturazione dell'HIV-1 è innescata dalla proteasi virale che scinde il precursore della poliproteina strutturale Gag nei suoi domini costituenti1,2,3. HIV-1 Gag ospita cinque siti di scissione proteolitica tra i suoi quattro principali domini strutturali e funzionali e due peptidi spaziatori: MA, CA, SP1, NC, SP2 e p6. L'elaborazione procede a velocità diverse, con il sito SP1-NC tagliato più velocemente e il sito CA-SP1 per ultimo4. Studi genetici ed enzimatici hanno dimostrato che l'inibizione della scissione o addirittura il rallentamento della scissione nel sito CA-SP1 è sufficiente per interrompere in modo significativo il processo di maturazione e annullare l'infettività del virus. In effetti, gli inibitori della maturazione (MI) che interferiscono con l'elaborazione di CA-SP1 stanno emergendo come candidati attraenti per aumentare l'attuale arsenale di trattamenti per l'infezione da HIV5,6,7,8,9.

Studi biochimici e strutturali hanno rivelato che la lenta scissione di CA-SP1 è dovuta al sequestro strutturale del sito di proteolisi10,11,12,13. All'interno del reticolo Gag immaturo assemblato dell'HIV-1, la giunzione CA-SP1 si ripiega in un'α-elica (l'elica della giunzione), che si autoassocia in un fascio di 6 eliche, stabilizzando l'esamero Gag13,14. Il legame scissibile tra CA-L231 e SP1-A1 si trova al centro dell'elica di giunzione ed è occluso all'interno del fascio di 6 eliche. Pertanto, affinché la proteasi possa accedere a questo sito, il fascio di 6 eliche deve dispiegarsi almeno parzialmente. Sebbene il meccanismo dettagliato di inibizione non sia stato accertato, gli MI di piccole molecole, come l'acido 3-O-(3',3'-dimetilsuccinil)-betulinico (Bevirimat o BVM), 1-[2-(4-tert- Si ritiene che butilfenil)-2-(2,3-diidro-1H-inden-2-ilammino)etil]-3-(trifluorometil)piridin-2-one (PF-46396) e i loro analoghi interferiscano con la proteolisi legandosi a la giunzione CA-SP1 e stabilizzando il fascio di 6 eliche6,7,15,16,17,18. Pertanto, gli MI non interferiscono direttamente con il legame del substrato ma agiscono piuttosto indirettamente inibendo lo spiegamento del fascio di 6 eliche e impedendo di fatto l'accesso della proteasi al suo substrato.

Nonostante siano potenti inibitori dell’infezione da HIV in ambito di laboratorio, gli MI non sono ancora stati approvati per l’uso clinico. BVM è stato sottoposto a studi clinici di fase I e fase II, durante i quali sono state osservate riduzioni significative della carica virale dose-dipendente nei soggetti infetti da HIV-119. Tuttavia, ulteriori studi hanno rivelato che fino al 50% dei pazienti, la BVM non ha influenzato la carica virale20,21. Questa resistenza alla BVM è associata ai polimorfi della sequenza virale presenti in natura, in particolare ai cambiamenti dell'amminoacido SP1 nei residui 7 e 8 (SP1-V7A, -V7M, -T8Δ e -T8N)20. Inoltre, varianti resistenti alla BVM sono state generate attraverso cicli multipli di selezione contro BVM in vitro, con conseguenti modifiche degli amminoacidi nei residui SP1 1 e 3 (SP1-A1V, -A3T e -A3V); di questi, SP1-A1V non compromette la replicazione virale10.