Gp41, также известный как гликопротеин 41, представляет собой субъединицу белкового комплекса оболочки ретровирусов , включая вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Gp41 представляет собой трансмембранный белок , содержащий в своем эктодомене несколько участков , необходимых для инфицирования клеток-хозяев. В результате его важности для инфицирования клеток-хозяев он также привлек много внимания как потенциальная мишень для вакцин против ВИЧ .
Gp41 кодируется gp120 как один gp160 геном env ВИЧ . Gp160 затем интенсивно гликозилируется и протеолитически расщепляется фурином , клеточной протеазой хозяина . Высокое гликозилирование env - кодируемых гликопротеинов позволяет им ускользать от иммунной системы человеческого организма . Однако, в отличие от gp120, gp41 менее гликозилирован и более консервативен (менее склонен к генетическим вариациям ). [1] После того как gp160 расщепляется на отдельные субъединицы, эти субъединицы затем нековалентно связываются на поверхности вирусной оболочки . [ нужна цитата ]
Gp41 и gp120, когда они нековалентно связаны друг с другом, называются комплексом шипов оболочки и образуются в виде гетеротримера из трех gp41 и трех gp120. [2] Эти комплексы, обнаруженные на поверхности ВИЧ, отвечают за прикрепление, слияние и, в конечном итоге, за инфицирование клеток-хозяев. Структура напоминает клетку с полым центром, который препятствует доступу антител . В то время как gp120 находится на поверхности вирусной оболочки, gp41 представляет собой трансмембранную часть комплекса шиповидных белков , при этом часть гликопротеина всегда скрыта внутри вирусной оболочки. [3]
Gp41 имеет три заметных участка в последовательности: эктодомен, трансмембранный домен и цитоплазматический домен. Эктодомен, который содержит остатки 511–684, может быть дополнительно разбит на область слитого пептида (остатки 512–527), спиральный N-концевой гептадный повтор (NHR) и С-концевой гептадный повтор (CHR). [3] [4] В дополнение к этим областям, существует также петлевая область, которая содержит дисульфидные связи , которые стабилизируют структуру шпильки (складчатая конформация gp41), и область, называемая проксимальной внешней областью мембраны (MPER), которая содержит изломы, которые являются областями-мишенями антигена . [3] [1] Область слитого пептида обычно скрыта или скрыта за счет нековалентных взаимодействий между gp120 и gp41 в точке, которая выглядит как тор . Это предотвращает взаимодействие слитого пептида с другими областями, которые не являются его предполагаемой целевой областью. [2]
В свободном вирионе слитые пептиды на аминоконцах gp41 похоронены внутри оболочечного комплекса в неактивном нефузогенном состоянии, которое стабилизируется нековалентной связью с gp120 . Gp120 связывается с CD4 и корецептором ( CCR5 или CXCR4 ), обнаруженным на восприимчивых клетках, таких как Т-хелперы и макрофаги . [5] В результате в белках gp120 и gp41 происходит каскад конформационных изменений. Эти конформационные изменения начинаются с gp120, который перестраивается, открывая сайты связывания для упомянутых выше корецепторов. Затем ядро gp41 сворачивается в шестиспиральную структуру (скрученную спираль), обнажая ранее скрытые гидрофобные слитые пептиды gp41, которые встраиваются в мембрану клетки-хозяина, позволяя произойти слиянию. [2] Этот процесс слияния облегчается конформационной структурой шпильки. [6] [7] Внутренним ядром этой конформации являются 3 NHR, которые имеют гидрофобные карманы, которые позволяют ему связываться антипараллельно со специфическими остатками CHR. [4] [2] Процесс активации происходит легко, что предполагает, что неактивное состояние gp41 является метастабильным , а конформационные изменения позволяют gp41 достичь более стабильного активного состояния. Более того, эти конформационные изменения являются необратимыми процессами. [8]
Взаимодействие слитых пептидов gp41 с клеткой-мишенью вызывает образование промежуточной, пре-шпилечной структуры, которая соединяет и соединяет мембраны вируса и хозяина вместе. Прешпилечная структура имеет относительно длительный период полураспада, что делает ее потенциальной мишенью для терапевтического вмешательства и ингибирующих пептидов. [9]
Энфувиртид (также известный как Т-20) представляет собой препарат- ингибитор слияния альфа-пептидов из 36 остатков , который связывается со структурой перед шпилькой и предотвращает слияние мембран и проникновение ВИЧ-1 в клетку. Уязвимость этой структуры инициировала разработку целого спектра лекарств, предотвращающих слияние. [10] [11] При разработке этих препаратов исследователи сталкиваются с проблемами, поскольку конформация, позволяющая ингибировать, возникает очень быстро, а затем перестраивается. [12] Энфувиритид имеет низкую доступность при пероральном приеме, быстро перерабатывается и выводится из организма. Некоторые штаммы ВИЧ также выработали устойчивость к Т-20. Чтобы обойти трудности, возникающие при использовании Т-20, исследователи начали искать ингибиторы на основе пептидов. [3] Также было показано, что различные природные молекулы связывают gp41 и предотвращают проникновение ВИЧ-1. [13]
MPER — это одна из областей, которая изучалась в качестве потенциальной мишени из-за ее способности распознаваться антителами широкого нейтрализующего действия (bNAbs) , но она не была очень хорошей мишенью, поскольку вызываемый ею иммунный ответ не очень силен и потому что именно та часть gp41 проникает в клеточную мембрану (и тогда антитела не могут достичь ее). [14] Помимо антигенсвязывающих областей на изломах MPER, существуют и другие мишени, которые могут оказаться эффективными антигенсвязывающими областями, включая гидрофобные карманы ядра NHR, которое образуется в результате конформационного изменения в gp41, которое создает шестиспиральную структуру. пучок. [1] Эти карманы потенциально могут служить мишенями для низкомолекулярных ингибиторов. [4] Слитый пептид на N-конце gp41 также является потенциальной мишенью, поскольку он содержит эпитопы нейтрализующих антител. [15] N36 и C34 или пептиды на основе NHR и CHR (или короткие последовательности аминокислот, имитирующие части gp41) также могут действовать как эффективные антигены из-за их высокого сродства связывания. Помимо гораздо более высокого сродства к связыванию по сравнению с его мономером, C34 также очень хорошо ингибирует ВИЧ, устойчивый к Т-20, что делает его потенциально хорошей альтернативой лечению энфувиритидом. [12] Также было показано, что низкомолекулярные ингибиторы, которые способны связываться с двумя гидрофобными карманами одновременно, в 40-60 раз более эффективны и имеют потенциал для дальнейших разработок. [16] Совсем недавно интерфейс gp120-gp41 рассматривался как цель для bNAbs. [1]