Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Cơ chế ức chế HIV-1 Integrase bởi một kháng thể đơn dòng đặc hiệu miền C tận
Tóm tắt
Để nâng cao hiểu biết của chúng tôi về cấu trúc và chức năng của HIV-1 integrase (IN), chúng tôi đã phát triển và đặc trưng hóa một thư viện các kháng thể đơn dòng (mAbs) nhắm mục tiêu vào protein này. Một trong những kháng thể này, mAb33, có đặc hiệu đối với miền C tận, được phát hiện là có khả năng ức chế hoạt tính xử lý của HIV-1 IN trong ống nghiệm; một mảnh Fv tương ứng có khả năng ức chế sự tích hợp HIV-1 trong cơ thể sống. Các nghiên cứu tiếp theo của chúng tôi, sử dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân không đồng nhất, đã xác định sáu dư lượng có thể tiếp cận dung môi trên bề mặt miền C tận, bị bất động khi kháng thể liên kết, được đề xuất là bao gồm epitop. Tại đây, chúng tôi kiểm tra giả thuyết này bằng cách đo độ gắn kết của mAb33 tới các protein HIV-1 có thay thế dư lượng Ala ở mỗi vị trí này. Để có thêm cái nhìn sâu sắc về cơ chế ức chế, chúng tôi cũng đo khả năng gắn DNA và hoạt tính enzym của các protein đã thay thế Ala. Chúng tôi phát hiện ra rằng việc thay thế Ala ở bất kỳ một trong năm dư lượng dự kiến epitop, F223, R224, Y226, I267 và I268, đã làm giảm độ gắn kết của mAb33 với HIV-1 IN, xác nhận dự đoán từ dữ liệu NMR. Mặc dù các dẫn xuất IN với sự thay thế Ala ở hoặc gần vị trí epitop mAb33 cho thấy hoạt tính enzym giảm, không có sự thay thế nào trong số các vị trí epitop làm suy yếu gắn DNA với HIV-1 IN toàn phần, được đo bằng phổ cộng hưởng plasmon bề mặt. Hai trong số các dẫn xuất này, IN (I276A) và IN (I267A/I268A), cho thấy cả độ gắn DNA cao hơn và động lực học phân tách không điển hình; các protein này cũng thể hiện hoạt tính nuclease không đặc hiệu. Kết quả từ những cuộc điều tra này được thảo luận trong bối cảnh các mô hình hiện tại về cách miền C tận tương tác với DNA lignin. Không có khả năng rằng việc ức chế hoạt động HIV-1 IN bởi mAb33 là do tương tác trực tiếp với các dư lượng thiết yếu cho việc gắn kết chất nền. Ngược lại, phát hiện của chúng tôi nhất quán nhất với một mô hình mà việc gắn kết mAb33 làm biến dạng hoặc hạn chế cấu trúc của miền C tận và/hoặc gián tiếp ngăn chặn việc gắn kết chất nền. Các tính chất gắn kết DNA và hoạt tính nuclease không đặc hiệu của các dẫn xuất I267A cho thấy rằng miền C tận của IN thường đóng một vai trò quan trọng trong việc căn chỉnh đầu DNA virus cho quá trình xử lý đúng.
Từ khóa
#HIV-1 integrase #kháng thể đơn dòng #miền C tận #cơ chế ức chế #hoạt tính enzym #gắn DNA #NMR #phổ cộng hưởng plasmon bề mặtTài liệu tham khảo
Katz RA, Skalka AM: Retroviral Enzymes. Annu Rev Biochem. 1994, 63: 133-173. 10.1146/annurev.bi.63.070194.001025.
Asante-Appiah E, Skalka AM: Molecular mechanisms in retrovirus DNA integration. Antiviral Res. 1997, 36: 139-156. 10.1016/S0166-3542(97)00046-6.
Hindmarsh P, Leis J: Retroviral DNA integration. Microbiol Mol Biol Rev. 1999, 63: 836-843.
Johnson AA, Marchand C, Pommier Y: HIV-1 integrase inhibitors: a decade of research and two drugs in clinical trial. Curr Top Med Chem. 2004, 4 (10): 1059-1077. 10.2174/1568026043388394.
Engelman A, Craigie R: Identification of conserved amino acid residues critical for human immunodeficiency virus type 1 integrase function in vitro. J Virol. 1992, 66: 6361-6369.
van Gent DC, Oude Groeneger AA, Plasterk RH: Identification of amino acids in HIV-2 integrase involved in site-specific hydrolysis and alcoholysis of viral DNA termini. Nucl Acids Res. 1993, 21: 3373-3377.
Katzman M, Sudol M: Mapping domains of retroviral integrase responsible for viral DNA specificity and target site selection by analysis of chimeras between human immunodeficiency virus type 1 and visna virus integrases. J Virol. 1995, 69 (9): 5687-5696.
Cai M, Zheng R, Caffrey M, Craigie R, Clore GM, Gronenborn AM: Solution structure of the N-terminal zinc binding domain of HIV-1 integrase. Nat Struct Biol. 1997, 4: 567-577. 10.1038/nsb0797-567.
Eijkelenboom AP, van den Ent FM, Vos A, Doreleijers JF, Hard K, Tullius TD, Plasterk RH, Kaptein R, Boelens R: The solution structure of the amino-terminal HHCC domain of HIV-2 integrase: a three-helix bundle stabilized by zinc. Curr Biol. 1997, 7: 739-746. 10.1016/S0960-9822(06)00332-0.
Zheng R, Jenkins TM, Craigie R: Zinc folds the N-terminal domain of HIV-1 integrase, promotes multimerization, and enhances catalytic activity. Proc Natl Acad Sci USA. 1996, 93: 13659-13664. 10.1073/pnas.93.24.13659.
Goldgur Y, Dyda F, Hickman AB, Jenkins TM, Craigie R, Davies DR: Three new structures of the core domain of HIV-1 integrase: an active site that binds magnesium. Proc Natl Acad Sci USA. 1998, 95 (16): 9150-9154. 10.1073/pnas.95.16.9150.
Maignan S, Guilloteau JP, Zhou-Liu Q, Clement-Mella C, Mikol V: Crystal structures of the catalytic domain of HIV-1 integrase free and complexed with its metal cofactor: high level of similarity of the active site with other viral integrases. J Mol Biol. 1998, 282: 359-368. 10.1006/jmbi.1998.2002.
Bujacz G, Alexandratos J, Wlodawer A, Merkel G, Andrake M, Katz RA, Skalka AM: Binding of different divalent cations to the active site of avian sarcoma virus integrase and their effects on enzymatic activity. J Biol Chem. 1997, 272: 18161-18168. 10.1074/jbc.272.29.18161.
Bujacz G, Jaskolski M, Alexandratos J, Wlodawer A, Merkel G, Katz RA, Skalka AM: The catalytic domain of avian sarcoma virus integrase: conformation of the active-site residues in the presence of divalent cations. Structure. 1996, 4: 89-96. 10.1016/S0969-2126(96)00012-3.
Esposito D, Craigie R: Sequence specificity of viral end DNA binding by HIV-1 integrase reveals critical regions for protein-DNA interaction. EMBO J. 1998, 17 (19): 5832-5843. 10.1093/emboj/17.19.5832.
Jenkins TM, Esposito D, Engelman A, Craigie R: Critical contacts between HIV-1 integrase and viral DNA identified by structure-based analysis and photo-crosslinking. EMBO J. 1997, 16 (22): 6849-6859. 10.1093/emboj/16.22.6849.
Heuer TS, Brown PO: Mapping features of HIV-1 integrase near selected sites on viral and target DNA molecules in an active enzyme-DNA complex by photo-cross-linking. Biochemistry. 1997, 36 (35): 10655-10665. 10.1021/bi970782h.
Heuer TS, Brown PO: Photo-cross-linking studies suggest a model for the architecture of an active human immunodeficiency virus type 1 integrase-DNA complex. Biochemistry. 1998, 37: 6667-6678. 10.1021/bi972949c.
Lodi PJ, Ernst JA, Kuszewski J, Hickman AB, Engelman A, Craigie R, Clore GM, Gronenborn AM: Solution structure of the DNA binding domain of HIV-1 integrase. Biochemistry. 1995, 34: 9826-9833. 10.1021/bi00031a002.
Eijkelenboom AP, Sprangers R, Hard K, Puras Lutzke RA, Plasterk RH, Boelens R, Kaptein R: Refined solution structure of the C-terminal DNA-binding domain of human immunovirus-1 integrase. Proteins. 1999, 36: 556-564. 10.1002/(SICI)1097-0134(19990901)36:4<556::AID-PROT18>3.0.CO;2-6.
Chen JCH, Krucinski J, Miercke LJ, Finer-Moore JS, Tang AH, Leavitt AD, Stroud RM: Crystal structure of the HIV-1 integrase catalytic core and C-terminal domains: a model for viral DNA binding. Proc Natl Acad Sci USA. 2000, 97: 8233-8238. 10.1073/pnas.150220297.
Ellison V, Brown PO: A stable complex between integrase and viral DNA ends mediates human immunodeficiency virus integration in vitro. Proc Natl Acad Sci USA. 1994, 91 (15): 7316-7320. 10.1073/pnas.91.15.7316.
Ellison V, Gerton J, Vincent KA, Brown PO: An essential interaction between distinct domains of HIV-1 integrase mediates assembly of the active multimer. J Biol Chem. 1995, 270: 3320-3326. 10.1074/jbc.270.7.3320.
Vink C, Lutzke RA, Plasterk RH: Formation of a stable complex between the human immunodeficiency virus integrase protein and viral DNA. Nucl Acids Res. 1994, 22: 4103-4110.
Asante-Appiah E, Skalka AM: A metal-induced conformational change and activation of HIV-1 integrase. J Biol Chem. 1997, 272: 16196-16205. 10.1074/jbc.272.26.16196.
Yi J, Asante-Appiah E, Skalka AM: Divalent cations stimulate preferential recognition of a viral DNA end by HIV-1 integrase. Biochemistry. 1999, 38: 8458-8468. 10.1021/bi982870n.
Levy-Mintz P, Duan L, Zhang H, Hu B, Dornadula G, Zhu M, Kulkosky J, Bizub-Bender D, Skalka AM, Pomerantz RJ: Intracellular expression of single-chain variable fragments to inhibit early stages of the viral life cycle by targeting human immunodeficiency virus type 1 integrase. J Virol. 1996, 70: 8821-8832.
Yi J, Cheng H, Andrake MD, Dunbrack RLJ, Roder H, Skalka AM: Mapping the epitope of an inhibitory monoclonal antibody to the C-terminal DNA binding domain of HIV-1 integrase. J Biol Chem. 2002, 277: 12164-12174. 10.1074/jbc.M105072200.
Lutzke RA, Plasterk RH: Structure-based mutational analysis of the C-terminal DNA-binding domain of human immunodeficiency virus type 1 integrase: critical residues for protein oligomerization and DNA binding. J Virol. 1998, 72 (6): 4841-4848.
Yi J, Skalka AM: Mapping epitopes of monoclonal antibodies against HIV-1 integrase with limited proteolysis and MALDI-TOF mass spectrometry. Biopolymers (Pept Sci). 2000, 55: 308-318. 10.1002/1097-0282(2000)55:4<308::AID-BIP1004>3.0.CO;2-2.
Yi J, Arthur JW, Dunbrack RLJ, Skalka AM: An inhibitory monoclonal antibody binds at the turn of the helix-turn-helix motif in the N-terminal domain of HIV-1 integrase. J Biol Chem. 2000, 275: 38739-38748. 10.1074/jbc.M005499200.
Bizub-Bender D, Kulkosky J, Skalka AM: Monoclonal antibodies against HIV type 1 integrase: clues to molecular structure. AIDS Res Hum Retroviruses. 1994, 10: 1105-1115.
Hazuda DJ, Felock P, Witmer M, Wolfe A, Stillmock K, Grobler JA, Espeseth A, Gabryelski L, Schleif W, Blau C, Miller MD: Inhibitors of strand transfer that prevent integration and inhibit HIV- 1 replication in cells. Science. 2000, 287: 646-650. 10.1126/science.287.5453.646.
Asante-Appiah E, Seeholzer SH, Skalka AM: Structural determinants of metal-induced conformational changes in HIV- 1 integrase. J Biol Chem. 1998, 273: 35078-35087. 10.1074/jbc.273.52.35078.
Asante-Appiah E, Skalka AM: HIV-1 integrase: structural organization, conformational changes, and catalysis. Adv Virus Res. 1999, 52: 351-369.
Gao K, Butler SL, Bushman FD: Human immunodeficiency virus type 1 integrase: arrangement of protein domains in active cDNA complexes. EMBO J. 2001, 20: 3565-3576. 10.1093/emboj/20.13.3565.
Lutzke RA, Vink C, Plasterk RH: Characterization of the minimal DNA-binding domain of the HIV integrase protein. Nucleic Acids Res. 1994, 22 (20): 4125-4131.
De Luca L, Pedretti A, Vistoli G, Barreca ML, Villa L, Monforte P, Chimirri A: Analysis of the full-length integrase-DNA complex by a modified approach for DNA docking. Biochem Biophys Res Commun. 2003, 310 (4): 1083-1088. 10.1016/j.bbrc.2003.09.120.
Zhu HM, Chen WZ, Wang CX: Docking dinucleotides to HIV-1 integrase carboxyl-terminal domain to find possible DNA binding sites. Bioorg Med Chem Lett. 2005, 15 (2): 475-477. 10.1016/j.bmcl.2004.10.003.
Lipford JR, Worland ST, Farnet CM: Nucleotide binding by the HIV-1 integrase protein in vitro. J Acquir Immune Defic Syndr. 1994, 7 (12): 1215-1223.
Mazumder A, Neamati N, Sommadossi JP, Gosselin G, Schinazi RF, Imbach JL, Pommier Y: Effects of nucleotide analogues on human immunodeficiency virus type 1 integrase. Mol Pharmacol. 1996, 49 (4): 621-628.
Esposito D, Craigie R: HIV integrase structure and function. Advances in Virus Research. Edited by: Maramorosch K, Murphy FA, Shatkin AJ. 1999, Academic Press, 52: 319-329.
Müller B, Jones KS, Merkel GW, Skalka AM: A rapid solution assay for retroviral integrases and its use in kinetic analyses of wild type and mutant RSV IN proteins. Proc Natl Acad Sci USA. 1993, 90: 11633-11637. 10.1073/pnas.90.24.11633.