Ретровирусная интеграза ( ИН ) — это фермент , продуцируемый ретровирусом (таким как ВИЧ ), который интегрирует (формирует ковалентные связи) свою генетическую информацию с информацией клетки -хозяина , которую он заражает. [1] Ретровирусные ИН не следует путать с фаговыми интегразами ( рекомбиназами ) , используемыми в биотехнологии , такими как фаговая интеграза λ, как обсуждается в разделе сайт-специфической рекомбинации .
Макромолекулярный комплекс макромолекулы ИН, связанной с концами концов вирусной ДНК, получил название интасомы ; ИН является ключевым компонентом этого комплекса, а также ретровирусного преинтеграционного комплекса . [2]
Все ретровирусные белки IN содержат три канонических домена, соединенных гибкими линкерами: [3] [4]
Сообщалось о кристаллических и ЯМР-структурах отдельных доменов и двухдоменных конструкциях интеграз ВИЧ-1, ВИЧ-2, SIV и вируса саркомы Рауса (RSV), причем первые структуры были определены в 1994 году. [5] [6] ] Биохимические данные и структурные данные позволяют предположить, что ретровирусная ИН функционирует как тетрамер (димер из димеров), причем все три домена важны для мультимеризации и связывания вирусной ДНК. [7] Кроме того, было показано, что несколько клеточных белков хозяина взаимодействуют с ИН, чтобы облегчить процесс интеграции: например, фактор хозяина, человеческий хроматин-ассоциированный белок LEDGF , прочно связывает ИН ВИЧ и направляет преинтеграционный комплекс ВИЧ в сторону высокоактивного ИН. экспрессированные гены интеграции. [8]
Пенистый вирус человека (HFV), агент, безвредный для человека, имеет интегразу, аналогичную ВИЧ-ИН, и поэтому является моделью функции ВИЧ-ИН; Определена кристаллическая структура 2010 интегразы HFV, собранной на концах вирусной ДНК. [6]
Интеграция происходит после образования двухцепочечной линейной вирусной ДНК с помощью обратной транскриптазы вирусной РНК/ДНК-зависимой ДНК-полимеразы . [9]
Основная функция ИН — вставка вирусной ДНК в хромосомную ДНК хозяина, что является важным этапом репликации ВИЧ . Интеграция – это «точка невозврата» для клетки, которая становится постоянным носителем вирусного генома (провируса). Интеграция частично ответственна за сохранение ретровирусных инфекций. [10] После интеграции экспрессия вирусного гена и образование частиц могут произойти немедленно или в какой-то момент в будущем, время зависит от активности хромосомного локуса, в котором находится провирус. [4]
Ретровирусные ИН катализируют две реакции: [4]
Обе реакции катализируются в одном и том же активном центре и включают переэтерификацию без участия ковалентного промежуточного соединения белок-ДНК (в отличие от реакций, катализируемых рекомбиназой Ser/Tyr) . [4]
ВИЧ- интеграза представляет собой вирусный белок массой 32 кДа, состоящий из трех доменов: N-конца , каталитического ядерного домена и С-конца, каждый из которых имеет различные свойства и функции, способствующие эффективности ВИЧ-интегразы. [3]
N-конец состоит из 50 аминокислотных остатков, которые содержат консервативную последовательность гистидина, гистидина, цитозина, цитозина, которая хелатирует ионы цинка, дополнительно усиливая ферментативную активность каталитического ядерного домена. [3] Поскольку хелатирование металлов имеет жизненно важное значение для эффективности интегразы, оно является целью разработки ретровирусной терапии. [3]
Каталитический основной домен, как и N-конец, содержит высококонсервативные аминокислотные остатки -Asp64, Asp116, Glu152-, поскольку консервативный мотив DDE (Asp-Asp-Glu) способствует эндонуклеазным и полинуклеотидтрансферазным функциям интегразы. Мутации в этих регионах инактивируют интегразу и препятствуют интеграции генома. [3]
С-концевой домен неспецифично связывается с ДНК хозяина и стабилизирует интеграционный комплекс. [3]
После синтеза генома двухцепочечной ДНК ВИЧ интеграза связывается с длинными тандемными повторами, фланкирующими геном на обоих концах. Используя свою эндонуклеолитическую активность, интеграза отщепляет ди- или тринуклеотид с обоих 3'-концов генома в процессе, известном как 3'-процессинг. [11] Специфичность расщепления улучшается за счет использования кофакторов, таких как Mn 2+ и Mg 2+ , которые взаимодействуют с мотивом DDE каталитического основного домена, действуя как кофакторы для функции интегразы. [11]
Вновь созданные 3'OH-группы разрушают фосфодиэфирные связи ДНК хозяина посредством нуклеофильной атаки типа SN2. [6] 3'-концы ковалентно связаны с целевой ДНК. Затем 5'-концы вирусного генома расщепляются с помощью ферментов репарации хозяина; считается, что эти же ферменты ответственны за интеграцию 5'-конца в геном хозяина, образуя провирус. [6] [11]
В ноябре 2005 года данные фазы 2 исследования исследуемого ингибитора ВИЧ- интегразы МК -0518 продемонстрировали, что это соединение обладает мощной противовирусной активностью. 12 октября 2007 г. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (США) одобрило ингибитор интегразы Ралтегравир (МК-0518, торговая марка Isentress). Второй ингибитор интегразы, элвитегравир , был одобрен в США в августе 2012 года.