Gp41, также известный как гликопротеин 41, является субъединицей комплекса белков оболочки ретровирусов , включая вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Gp41 — это трансмембранный белок , содержащий несколько участков в своем эктодомене , которые необходимы для заражения клеток-хозяев. В связи с его важностью в инфицировании клеток-хозяев, он также получил большое внимание как потенциальная цель для вакцин против ВИЧ .
Gp41 кодируется с gp120 как один gp160 геном env ВИЧ . Затем Gp160 интенсивно гликозилируется и протеолитически расщепляется фурином , клеточной протеазой хозяина . Высокая степень гликозилирования кодируемых env гликопротеинов позволяет им избегать иммунной системы человеческого организма . Однако, в отличие от gp120, gp41 менее гликозилирован и более консервативен (менее подвержен генетическим вариациям ). [1] После того, как gp160 был расщеплен на отдельные субъединицы, субъединицы затем нековалентно связываются на поверхности вирусной оболочки . [ требуется цитата ]
Gp41 и gp120, когда они нековалентно связаны друг с другом, называются комплексом шиповидных белков оболочки и образуются как гетеротример из трех gp41 и трех gp120. [2] Эти комплексы, обнаруженные на поверхности ВИЧ, отвечают за присоединение, слияние и, в конечном итоге, заражение клеток-хозяев. Структура имеет форму клетки с полым центром, что препятствует доступу антител . В то время как gp120 находится на поверхности вирусной оболочки, gp41 является трансмембранной частью комплекса шиповидных белков с частью гликопротеина, постоянно скрытого внутри вирусной оболочки. [3]
Gp41 имеет три важных области в последовательности: эктодомен, трансмембранный домен и цитоплазматический домен. Эктодомен, который включает остатки 511-684, может быть далее разбит на область пептида слияния (остатки 512-527), спиральный N-концевой гептадный повтор (NHR) и C-концевой гептадный повтор (CHR). [3] [4] В дополнение к этим областям, есть также область петли, которая содержит дисульфидные связи , которые стабилизируют структуру шпильки (складчатая конформация gp41), и область, называемая мембранной проксимальной внешней областью (MPER), которая содержит изгибы, которые являются областями-мишенями антигена . [3] [1] Область пептида слияния обычно скрыта или зарыта нековалентными взаимодействиями между gp120 и gp41 в точке, которая выглядит как тор . Это предотвращает взаимодействие пептида слияния с другими областями, которые не являются его предполагаемой целевой областью. [2]
В свободном вирионе пептиды слияния на аминоконцах gp41 скрыты внутри комплекса оболочки в неактивном нефузогенном состоянии, которое стабилизируется нековалентной связью с gp120 . Gp120 связывается с CD4 и корецептором ( CCR5 или CXCR4 ), обнаруженными 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, чтобы обнажить сайты связывания для корецепторов, упомянутых выше. Затем ядро gp41 сворачивается в структуру из шести спиралей (спиральная спираль), обнажая ранее скрытые гидрофобные пептиды слияния gp41, которые вставлены в мембрану клетки-хозяина, что позволяет осуществить слияние. [2] Этот процесс слияния облегчается конформационной структурой шпильки. [6] [7] Внутреннее ядро этой конформации — 3 NHR, которые имеют гидрофобные карманы, которые позволяют ему связываться антипараллельно с определенными остатками на CHR. [4] [2] Процесс активации происходит легко, что предполагает, что неактивное состояние gp41 является метастабильным , а конформационные изменения позволяют gp41 достичь своего более стабильного активного состояния. Более того, эти конформационные изменения являются необратимыми процессами. [8]
Взаимодействие пептидов слияния gp41 с целевой клеткой приводит к образованию промежуточной, прешпилечной структуры, которая соединяет и сливает вирусную и хозяйскую мембраны 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) — это ингибитор слияния альфа-пептида из 36 остатков , который связывается со структурой прешпилечной структуры и предотвращает слияние мембран и проникновение ВИЧ-1 в клетку. Уязвимость этой структуры положила начало разработке целого спектра препаратов, предотвращающих слияние. [10] [11] При разработке этих препаратов исследователи сталкиваются с трудностями, поскольку конформация, которая допускает ингибирование, возникает очень быстро, а затем перестраивается. [12] Энфувиртид, в частности, имеет низкую пероральную доступность и быстро перерабатывается и выводится организмом. Некоторые штаммы ВИЧ также выработали устойчивость к Т-20. Чтобы обойти трудности, связанные с использованием Т-20, исследователи искали ингибиторы на основе пептидов. [3] Было также показано, что различные встречающиеся в природе молекулы связывают gp41 и предотвращают проникновение ВИЧ-1. [13]
MPER — это одна из областей, которая изучалась как потенциальная цель из-за ее способности распознаваться широко нейтрализующими антителами (bNAbs) , но она не была очень хорошей целью, поскольку иммунный ответ, который она вызывает, не очень сильный, и поскольку это часть gp41, которая проникает в клеточную мембрану (и затем не может быть достигнута антителами). [14] Помимо областей связывания антигена на изгибах MPER, существуют и другие цели, которые могут оказаться эффективными областями связывания антигена, включая гидрофобные карманы ядра NHR, которое образуется после конформационного изменения в gp41, которое создает пучок из шести спиралей. [1] Эти карманы потенциально могут служить целями для ингибиторов малых молекул. [4] Пептид слияния на N-конце gp41 также является потенциальной целью, поскольку он содержит нейтрализующие эпитопы антител. [15] N36 и C34, или пептиды на основе NHR и CHR (или короткие последовательности аминокислот, которые имитируют части gp41) также могут действовать как эффективные антигены из-за их высокой аффинности связывания. Помимо того, что C34 имеет гораздо более высокую аффинность к связыванию по сравнению с его мономером, он также очень хорошо ингибирует ВИЧ, устойчивый к T-20, что делает его потенциально хорошей альтернативой лечению с использованием энфувиртида. [12] Также было показано, что ингибиторы малых молекул, способные 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]