Введение
Гликопротеин gp120 (или gp120) – это гликопротеин, расположенный на поверхности вируса ВИЧ. Он был обнаружен профессорами Тун Хоу Ли и Майроном "Максом" Эссексом из Гарвардской школы общественного здравоохранения в 1984 году. Число 120 в его названии отражает его молекулярную массу в 120 кДа. Gp120 необходим для проникновения вируса в клетки, поскольку играет ключевую роль в прикреплении к специфическим рецепторам на поверхности клеток. Эти рецепторы включают DC-SIGN, гепарансульфат-протеогликан и специфическое взаимодействие с CD4-рецептором, особенно на Т-хелперах. Связывание с CD4 запускает каскад конформационных изменений в gp120 и gp41, приводящих к слиянию вирусной мембраны с мембраной клетки-хозяина. Связывание с CD4 носит преимущественно электростатический характер, хотя присутствуют также взаимодействия Ван-дер-Ваальса и водородные связи. Gp120 кодируется геном env ВИЧ, длиной около 2,5 кб, который кодирует примерно 850 аминокислот. Основным продуктом гена env является белок gp160, который в эндоплазматическом ретикулуме под действием клеточной протеазы фурина расщепляется на gp120 (~480 аминокислот) и gp41 (~345 аминокислот). Кристаллическая структура основного gp120 демонстрирует организацию, состоящую из внешнего домена, внутреннего домена относительно его концов и мостового листа. Gp120 закрепляется на вирусной мембране, или оболочке, посредством нековалентных связей с трансмембранным гликопротеином gp41. Три молекулы gp120 и gp41 объединяются в тример гетеродимеров, формируя шип оболочки, который обеспечивает прикрепление к клетке-хозяину и проникновение в нее.
Envelope glycoprotein GP120 (or gp120) is a glycoprotein exposed on the surface of the HIV envelope. It was discovered by Professors Tun Hou Lee and Myron "Max" Essex of the Harvard School of Public Health in 1984. The 120 in its name comes from its molecular weight of 120 kDa. Gp120 is essential for virus entry into cells as it plays a vital role in attachment to specific cell surface receptors. These receptors are DC SIGN, Heparan Sulfate Proteoglycan and a specific interaction with the CD4 receptor, particularly on helper T cells. Binding to CD4 induces the start of a cascade of conformational changes in gp120 and gp41 that lead to the fusion of the viral membrane with the host cell membrane. Binding to CD4 is mainly electrostatic although there are van der Waals interactions and hydrogen bonds. Gp120 is coded by the HIV env gene, which is around 2.5 kb long and codes for around 850 amino acids. The primary env product is the protein gp160, which gets cleaved to gp120 (~480 amino acids) and gp41 (~345 amino acids) in the endoplasmatic reticulum by the cellular protease furin. The crystal structure of core gp120 shows an organization with an outer domain, an inner domain with respect to its termini and a bridging sheet. Gp120 is anchored to the viral membrane, or envelope, via non covalent bonds with the transmembrane glycoprotein, gp41. Three gp120s and gp41s combine in a trimer of heterodimers to form the envelope spike, which mediates attachment to and entry into the host cell.
Изменчивость
Поскольку gp120 играет жизненно важную роль в способности ВИЧ-1 проникать в CD4+ клетки, его эволюция представляет особый интерес. Многие нейтрализующие антитела связываются с участками, расположенными в вариабельных областях gp120, поэтому мутации в этих областях будут подвергаться сильному отбору. Показано, что разнообразие env увеличивается на 1–2% в год у ВИЧ-1 группы M, а вариабельные участки характеризуются быстрыми изменениями длины аминокислотной последовательности. Увеличение вариабельности gp120 приводит к значительному повышению уровня вирусной репликации, что указывает на повышение вирусной приспособленности у людей, инфицированных различными вариантами ВИЧ-1. Дальнейшие исследования показали, что изменчивость потенциальных N-связанных гликозилированных участков (PNGS) также приводит к увеличению вирусной приспособленности. PNGS обеспечивают связывание длинноцепочечных углеводов с областями высокой вариабельности gp120, поэтому авторы предполагают, что количество PNGS в env может влиять на приспособленность вируса, обеспечивая большую или меньшую чувствительность к нейтрализующим антителам. Наличие крупных углеводных цепей, простирающихся от gp120, может маскировать возможные сайты связывания антител. Пределы потенциала добавления и удаления PNGS наивно исследуются путем культивирования вирусных популяций после каждой новой инфекции. В то время как организм-источник инфекции выработал нейтрализующий антительный ответ к gp120, у вновь инфицированного организма отсутствует иммунное распознавание вируса. Данные секвенирования показывают, что начальные вирусные варианты у иммунологически наивного хозяина имеют небольшое количество гликозилированных участков и более короткие открытые вариабельные петли. Это может способствовать способности вируса связываться с рецепторами клеток-хозяев. По мере развития иммунной системы хозяина и выработки антител против gp120, иммунное давление, по-видимому, отбирает повышенную гликозилированность, особенно на открытых вариабельных петлях gp120. Следовательно, вставки в env, которые придают gp120 больше PNGS, могут быть лучше переносимы вирусом, поскольку более высокая плотность гликанов способствует способности вируса уклоняться от антител и, таким образом, повышает вирусную приспособленность. При рассмотрении того, насколько теоретически может измениться плотность PNGS, может существовать верхний предел числа PNGS из-за ингибирования им правильной укладки gp120, но если число PNGS существенно уменьшится, вирус станет слишком легко обнаруживаться нейтрализующими антителами. Исследование NIH, опубликованное в журнале Science, сообщает об изоляции 3 антител, которые нейтрализуют 90% штаммов ВИЧ-1 в области CD4bs gp120, что потенциально предлагает терапевтическую и вакцинологическую стратегию. Однако большинство антител, связывающихся с областью CD4bs gp120, не нейтрализуют ВИЧ, а редкие антитела, такие как IgG1 b12, обладают необычными свойствами, такими как асимметрия плеч Fab или их позиционирование. Если вакцина на основе gp120 не может быть разработана для выработки антител с сильными нейтрализующими противовирусными свойствами, существует опасение, что прорывная инфекция, приводящая к гуморальному производству высоких уровней не нейтрализующих антител, направленных на CD4-связывающий сайт gp120, связана с более быстрым прогрессированием заболевания до СПИДа.
Соревнование
Белок gp120 необходим на начальном этапе связывания ВИЧ с клеткой-мишенью. Следовательно, любое вещество, связывающееся с gp120 или его мишенями, может физически блокировать связывание gp120 с клеткой. В настоящее время лицензирован и применяется в клинической практике только один такой препарат – маравирок, который связывается с корецептором CCR5. Препаратов, воздействующих на главный первичный клеточный партнер gp120, CD4, в настоящее время не лицензировано, поскольку вмешательство в столь центральную молекулу иммунной системы может вызывать токсические побочные эффекты, как, например, моноклональные антитела к CD4, такие как OKT4. Нацеливание непосредственно на gp120 оказалось крайне сложным из-за его высокой вариабельности и защищенности. Фостемсвавир (BMS 663068) является метилфосфатным пролекарством малых молекул ингибитора BMS 626529, который предотвращает проникновение вируса, связываясь с вирусной оболочкой gp120 и нарушая прикрепление вируса к CD4-рецептору клетки-хозяина.
Деменция ВИЧ
Вирусный белок gp120 ВИЧ индуцирует апоптоз нейронных клеток, ингибируя уровни фурина и активатора тканевого плазминогена – ферментов, ответственных за превращение pBDNF в mBDNF. gp120 индуцирует митохондриальные белки, запускающие гибель клеток, такие как каспазы, которые могут влиять на усиление экспрессии рецептора смерти Fas, что приводит к апоптозу нейронных клеток. gp120 вызывает окислительный стресс в нейронных клетках, а также известно, что он активирует STAT1 и индуцирует секрецию интерлейкинов IL-6 и IL-8 в нейронных клетках.