Un equipo dirigido por el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía usó el análisis de neutrones para comprender mejor una proteína implicada en la replicación del VIH, el retrovirus que causa el SIDA. La enzima, conocida como proteasa del VIH-1, es un objetivo clave de drogaspara terapias contra el VIH y el SIDA.
Investigadores de ORNL, la Universidad Estatal de Georgia y el Institut Laue-Langevin en Francia utilizaron la cristalografía de neutrones para descubrir detalles de las interacciones de los enlaces de hidrógeno en el sitio activo de la enzima, revelando un mecanismo de 'salto' de protones inducido por el pH que guía su actividad.equipo discutió los hallazgos en un artículo publicado en el diario Angewandte Chemie .
Comprender la estructura y función de la enzima a nivel atómico, incluida la ubicación y el movimiento de los átomos de hidrógeno, es vital para comprender la resistencia a los medicamentos y guiar el diseño racional de los medicamentos.
la proteasa del VIH-1 es responsable de la maduración de las partículas del virus en viriones infecciosos del VIH, lo que finalmente conduce al desarrollo del SIDA. Sin una actividad efectiva de la proteasa del VIH-1, los viriones del VIH no son infecciosos, por lo que la interrupción del VIH-1La actividad de la proteasa es un objetivo clave para el éxito de los medicamentos de terapia antirretroviral TAR que atacan al virus en sí.
El uso de la cristalografía de rayos X para estudiar las estructuras de la proteasa del VIH-1 y los complejos farmacológicos ha llevado al diseño de fármacos ART eficaces y comercialmente disponibles, pero los rayos X no pueden determinar las posiciones de los átomos y protones de hidrógeno móviles. NeutronSin embargo, la cristalografía puede revelar estas interacciones de enlace de hidrógeno, que juegan un papel clave en la eficacia con la que un fármaco se une a su objetivo.
El equipo de investigación de ORNL-ILL-Georgia State utilizó la cristalografía de neutrones para sondear la estructura de la proteasa del VIH-1 en complejo con el inhibidor clínico Darunavir. Los investigadores combinaron datos de difracción de neutrones del instrumento IMAGINE en el Reactor de isótopos de alto flujo HFIR de ORNL, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE y el instrumento LAD-III en ILL, para descubrir detalles de las interacciones de enlace de hidrógeno en el sitio activo y revelar formas de mejorar la unión a los medicamentos y reducir la resistencia a los medicamentos. El grupo también examinó cómo las enzimasLa actividad catalítica responde a los cambios en los niveles de pH acidez.
Al determinar las estructuras a diferentes pH, el grupo observó directamente las posiciones de los átomos de hidrógeno antes y después de una transferencia de dos protones inducida por el pH entre el medicamento y la enzima. La transferencia de protones, desencadenada por los efectos electrostáticos derivados de la absorción de protones por los residuos de la superficiede la solución, resultó en la configuración de protones que es crítica para la actividad catalítica.
"Estos resultados destacan que los neutrones representan una excelente sonda para obtener detalles estructurales para las reacciones de transferencia de protones en sistemas biológicos", dijo el científico de instrumentos ILL Matthew Blakely.
"La estructura de Darunavir le permite crear más enlaces de hidrógeno con el sitio activo de la proteasa que la mayoría de los medicamentos de su tipo, mientras que la columna vertebral de la proteasa del VIH-1 mantiene su conformación espacial en presencia de mutaciones", dijo el científico del instrumento ORNL Andrey Kovalevsky."Esto significa que la interacción entre Darunavir y proteasa tiene menos probabilidades de ser interrumpida por una mutación. Dadas estas características, Darunavir es un excelente objetivo terapéutico para refinar y, por lo tanto, mejorar el tratamiento del VIH".
La observación directa de la transferencia de protones en los sistemas químicos y biológicos es un desafío; la cristalografía de neutrones macromolecular ha sido fundamental para proporcionar detalles clave sobre el enlace de hidrógeno que se requerían para responder preguntas de larga data sobre el mecanismo enzimático de este importante objetivo de medicamentos contra el VIH.
"Además, observamos cambios en las configuraciones de hidrógeno inducidas por cambios en las cargas superficiales de proteínas a largas distancias", dijo Kovalevsky. "Este fenómeno puede ocurrir en otras proteasas aspárticas, y quizás en enzimas en general".
Con las recientes mejoras que se han realizado, el campo de la cristalografía de neutrones macromolecular se está expandiendo, con estudios que abordan una variedad de procesos biológicos importantes desde el plegamiento de proteínas hasta la resistencia a los antibióticos y el transporte de protones a través de las membranas biológicas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :