Comprendre la structure du VIH-1 protéase vitale pour le développement de la prochaine génération de médicaments contre le VIH
VIH, le virus qui cause le SIDA, est devenu l'un des problèmes de santé et de développement les plus graves du monde. À l'heure actuelle, il y a environ 36,9 millions de personnes vivant avec le VIH et des dizaines de millions de personnes sont mortes de causes liées au sida depuis le début de l'épidémie en 1981. VIH affecte non seulement la santé des individus, elle influe ménages, les communautés et le développement et la croissance économique des nations - il n'y a pas encore de remède.
Le traitement du VIH comprend des médicaments pour prévenir et traiter les nombreuses infections opportunistes qui peuvent se produire lorsque le système immunitaire est compromis par le VIH, ainsi que l'utilisation de la thérapie antirétrovirale (ART) pour attaquer le virus lui-même, dans le but de stopper le développement du SIDA. ART, introduite en 1996, a conduit à des réductions spectaculaires de la morbidité et de la mortalité; à l'échelle mondiale, 40% des personnes vivant avec le VIH bénéficient d'un traitement. HIV-1 protéase est une enzyme responsable de la maturation des particules virales infectieuses dans des virions de VIH, ce qui conduit finalement à l'apparition du SIDA. Sans la VIH-1 activité effective de la protéase, les virions VIH restent non-infectieux - avec ce rôle essentiel dans la réplication du VIH, la perturbation du VIH-1 l'activité de la protéase est donc une cible clé pour les médicaments antirétroviraux efficaces.
La conception de médicaments antirétroviraux efficaces a été dirigé par les structures de HIV-1 protéase / complexes de médicaments déterminés en utilisant la cristallographie aux rayons X, et bien que ceci a conduit à la mise au point des médicaments disponibles dans le commerce, une limitation de la méthode est que les positions de atomes et de protons d'hydrogène mobiles ne peuvent être déterminées en utilisant des rayons X, et pourtant la connaissance de leur emplacement et le mouvement est essentiel pour guider la conception de thérapies plus efficaces de la drogue puisque les interactions de liaison hydrogène jouent un rôle clé dans l'efficacité d'un médicament se lie à sa cible .
Récemment, toutefois, une collaboration entre la Géorgie State University, États-Unis, Oak Ridge National Laboratory, USA (ORNL), et l'Institut Laue-Langevin, France (ILL) a utilisé les neutrons cristallographie pour sonder la structure du VIH-1 protéase dans le complexe avec le inhibiteur darunavir clinique, ce qui permet d'informations sur les interactions de liaison hydrogène dans le site actif à déterminer et révélant des moyens d'améliorer la liaison à la drogue et à réduire la résistance aux médicaments. Le groupe a également été en mesure de faire la lumière sur la sensibilité au pH de l'activité catalytique de l'enzyme.
En déterminant les structures à différents pH, le groupe a été en mesure d'observer directement les positions des atomes d'hydrogène avant et après un transfert de deux protons induite pH entre le médicament et l'enzyme. La configuration de protons à faible pH dans le site catalytique essentiel pour l'activité catalytique de cette enzyme, a été montrée être déclenchée par des effets électrostatiques résultant de changements d'état de protonation des résidus de surface loin du site actif. Ces détails peuvent aider à aider à la conception de nouveaux médicaments antirétroviraux plus efficaces et ont été possibles grâce à l'utilisation des neutrons cristallographie.
ILL Instrument Scientifique Dr Matthew Blakeley a déclaré:
Ces résultats mettent en évidence que les neutrons représentent une superbe sonde pour obtenir des détails de structure pour les réactions de transfert de protons dans les systèmes biologiques.
Scientifique R & D à l'ORNL, Dr Andrey Kovalevsky a ajouté: «La structure de darunavir permet de créer plus de liaisons hydrogène avec le site actif de la protéase que la plupart des médicaments de ce type, alors que l'épine dorsale du VIH-1 protéase maintient sa conformation spatiale en présence de mutations, ce qui signifie une interaction darunavir-protéase est moins susceptible d'être perturbé par une mutation. Compte tenu de ces caractéristiques, darunavir est une excellente cible thérapeutique pour affiner et donc d'améliorer le traitement du VIH. "En fait, aux États-Unis et au Royaume-Uni, ont été estimées à plus faible avec darunavir que d'autres médicaments similaires coûts de soins de santé, compréhensible faisant darunavir un élément clé pour la drogue innovation dans le domaine de la thérapie du VIH.
L'observation directe du transfert de protons dans les systèmes chimiques et biologiques est difficile; macromoléculaire neutron cristallographie a joué un rôle clé dans la fourniture des informations clés concernant l'hydrogène qui ont été nécessaires pour répondre à des questions de longue date au sujet du mécanisme enzymatique de cette importante cible de médicaments anti-VIH. En outre, l'observation selon laquelle les changements de protonation-états d'acides aminés distants du site actif peut déclencher un changement de configuration d'hydrogène dans le site actif peut demander à d'autres protéases aspartiques, et peut-être de manière plus générale les enzymes. Avec les améliorations récentes qui ont été faites, le domaine de la cristallographie macromoléculaire neutron est en pleine expansion, avec des études traitant de nombreux processus biologiques importants de protéines de pliage à la résistance aux antibiotiques et le transport des protons à travers les membranes biologiques.
