HIVプロテアーゼ

関連する読書

はじめに

米国疾病予防管理センター（CDC）が後天性免疫不全症候群（AIDS）を初めて報告した後、科学者たちはヒト免疫不全ウイルス（HIV）がAIDSの原因物質であることを発見しました。AIDSは急速に広がり、短期間で世界中に広がっています。科学者たちはAIDSに関する研究を決して怠らず、特にHIV-1（HIV-1）に特化した抗ウイルス療法の開発において大きな進展がありました。HIVレトロウイルスの同定とそのライフサイクルにおけるさまざまな要素の役割の深い理解は、世界中の研究者たちにウイルスのライフサイクルの異なるステップを標的とする阻害剤の開発を促しました。魅力的な標的はHIV-1プロテアーゼ（HIV PR）であり、これはウイルス粒子の適切な組み立てと成熟に重要な役割を果たします。この酵素の化学的メカニズムを理解することは、高度に効果的な阻害剤の開発にとって常に基本的な要件です。

HIVはRNAの形で遺伝情報を持つレトロウイルスの一種です。ウイルスと細胞膜の融合は感染の前提条件です。このプロセスは、ウイルスのエンベロープ糖タンパク質（gp120、gp41）と標的細胞上の受容体（CD4およびコレセプター）によって媒介されます。ウイルスが細胞に侵入すると、そのRNAはDNAに逆転写されます。ウイルスDNAは次に宿主細胞の核に入り、インテグラーゼを介して細胞の遺伝物質に統合されます。宿主細胞の活性化は、ウイルスDNAのメッセンジャーRNAへの転写を引き起こし、最終的にはウイルスタンパク質に翻訳されます。HIVプロテアーゼはこのプロセスにおけるウイルスコーディング酵素の3番目であり、ウイルスポリペプチド前駆体を単一の成熟タンパク質に切断する役割を担っています。ウイルスタンパク質とウイルスRNAは新しいウイルス粒子に再構成され、細胞から芽生え、別の細胞を感染させるために放出されます。

HIVプロテアーゼ：AIDS治療の論理的標的

HIVのライフサイクルが特定の治療によって阻止されない限り、ウイルスは感染後すぐに体全体に広がり、体の免疫システムが機能不全に陥るか、さらには破壊されます。HIVのライフサイクルの分析を通じて、ウイルス複製を防ぐ可能性のあるいくつかのステップが要約されています。たとえば、逆転写酵素（RT）を阻害できる市販の薬がいくつかあり、ヌクレオシド類似体のAZT、ddI、ddC、d4Tなどがあります。これらの参加によりDNAの生成が停止します。第二のカテゴリーは非ヌクレオシド阻害剤（NNIs）であり、ネビラピン、エファビレンツ、デラビルジンなどがあります。これらの阻害剤は酵素の活性部位に構造変化を引き起こし、その作用を阻害します。HIVのライフサイクルにおけるもう一つの重要なステップは、HIV PRの触媒作用を介してポリペプチド前駆体を成熟酵素および構造タンパク質に切断することです。未成熟なウイルス粒子は感染性の形に成熟できないことが示されています。この酵素のウイルスライフサイクルにおける必要性は、HIV感染の治療における有望な標的となります。

HIVプロテアーゼの構造

HIV PRは99個のアミノ酸からなるアスパラギン酸プロテアーゼで、ホモ二量体として機能します。国立癌研究所はHIV PRの構造に関する情報を提供するためのデータベースを作成しました。これまでに、140種類以上のHIV-1 PR、その変異体、およびさまざまな阻害剤と複合体を形成した酵素が報告されています。TL-3と複合体を形成した酵素ホモ二量体は図1に示されています（PDB ID: 3TLH）。

図1. TL-3と複合体を形成したHIV PRの構造 (PDB: 3TLH) (Brik, A.; Wong, C.H. 2003)

各モノマーはフラップと呼ばれるグリシンに富むβシート領域を含み、その一部は基質結合部位を構成し、必要なアスパラギン酸残基の一つであるAsp-25およびAsp-25'がキャビティの底に位置しています。基質とアミノ酸側鎖との相互作用が酵素の特異性を決定します。標準的な命名法を使用すると（図2）、S1およびS'1（S2およびS'2、など）のサブサイトは構造的に同等です。両方のS1サブサイトは強い疎水性を持ち、Asp-29、Asp-29'、Asp-30およびAsp-30'を除くほとんどのS2サブサイトも疎水性です。S3サブサイトはS1サブサイトに隣接しており、ほとんどが疎水性です。

図2. 標準的な命名法P1⋯Pn、P1′⋯Pn′はペプチド基質のアミノ酸残基を指定するために使用されます (Brik, A.; Wong, C.H. 2003)