Введение

Подединица белкового комплекса оболочки ретровирусов Gp41, также известная как гликопротеин 41, является структурным компонентом белкового комплекса оболочки ретровирусов, включая вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Gp41 – трансмембранный белок, содержащий несколько участков во внеклеточном домене, необходимых для инфицирования клеток-хозяев. Благодаря своей важной роли в инфицировании клеток-хозяев, Gp41 также привлекает значительное внимание как потенциальная мишень для вакцин против ВИЧ.

Генетические и посттрансляционные модификации

Gp41 кодируется вместе с gp120 в виде единой молекулы gp160 геном env ВИЧ. Затем gp160 подвергается интенсивному гликозилированию и протеолитическому расщеплению фурином, клеточной протеазой организма-хозяина. Высокая степень гликозилирования гликопротеинов, кодируемых геном env, позволяет им избегать распознавания иммунной системой человека. Однако, в отличие от gp120, gp41 менее гликозилирован и более консервативен (менее склонен к генетическим вариациям). После расщепления gp160 на отдельные субъединицы, эти субъединицы нековалентно ассоциируют на поверхности вирусной оболочки.

Структура

Gp41 и gp120, когда они не ковалентно связаны друг с другом, называются комплексом оболочечных шипов и формируются в виде гетеротримера, состоящего из трех молекул gp41 и трех молекул gp120. Эти комплексы, находящиеся на поверхности ВИЧ, отвечают за прикрепление, слияние и, в конечном итоге, за инфицирование клеток-хозяев. Структура напоминает клетку с полой серединой, препятствующей доступу антител. В то время как gp120 расположен на поверхности вирусной оболочки, gp41 является трансмембранной частью комплекса шиповидного белка, при этом часть гликопротеина постоянно погружена в вирусную оболочку. Gp41 имеет три основных домена в своей последовательности: эктодомен, трансмембранный домен и цитоплазматический домен. Эктодомен, включающий остатки 511-684, может быть дополнительно разделен на область слияния пептида (остатки 512-527), спиральный N-концевой гептадный повтор (NHR) и C-концевой гептадный повтор (CHR). Помимо этих доменов, существует также петлевой домен, содержащий дисульфидные связи, стабилизирующие шпилечную структуру (свернутую конформацию gp41), и область, называемая мембранно-проксимальным внеклеточным доменом (MPER), содержащая изгибы, являющиеся антигенными эпитопами. В результате в белках gp120 и gp41 происходит каскад конформационных изменений. Эти изменения начинаются с gp120, который перестраивается, чтобы обнажить участки связывания для корецепторов, упомянутых выше. Затем ядро gp41 сворачивается в структуру, состоящую из шести спиралей (свернутая катушка), обнажая ранее скрытые гидрофобные пептиды слияния gp41, которые внедряются в мембрану клетки-хозяина, обеспечивая слияние. Внутреннее ядро этой конформации состоит из трех NHR, имеющих гидрофобные карманы, позволяющие им связываться антипараллельно с определенными остатками на CHR.

Как цель для наркотиков

Взаимодействие слиятельных пептидов gp41 с клетками-мишенями вызывает образование промежуточной структуры, предшествующей формированию шпильки, которая соединяет и сливает вирусные и клеточные мембраны. Эта структура-предшественник обладает относительно длительным периодом полураспада, что делает ее потенциальной мишенью для терапевтического вмешательства и ингибирующих пептидов. Энфувиртид (также известный как T 20) – это 36-аминокислотный α-пептидный ингибитор слияния, который связывается с предшествующей шпильке структурой и предотвращает слияние мембран и проникновение ВИЧ-1 в клетку. Уязвимость этой структуры стимулировала разработку целого спектра препаратов, предотвращающих слияние. При разработке этих препаратов исследователи сталкиваются с трудностями, поскольку конформация, позволяющая ингибирование, возникает очень быстро, а затем изменяется. Энфувиртид обладает низкой пероральной биодоступностью и быстро метаболизируется и выводится из организма. Некоторые штаммы ВИЧ также выработали устойчивость к T 20. Чтобы преодолеть трудности, связанные с использованием T 20, исследователи искали пептидные ингибиторы. MPER – один из регионов, который изучался как потенциальная мишень из-за его способности распознаваться широко нейтрализующими антителами (bNAbs), однако он оказался не очень эффективной мишенью, поскольку иммунный ответ, который он вызывает, недостаточно силен, и потому что это часть gp41, которая проникает в клеточную мембрану (и антитела не могут достичь ее). Помимо антигенсвязывающих участков в изгибах MPER, существуют и другие потенциально эффективные мишени для связывания антигенов, включая гидрофобные карманы ядра NHR, которые формируются после конформационного изменения в gp41, приводящего к образованию шестиспирального пучка. Пептиды на основе N36 и C34, или NHR и CHR (или короткие последовательности аминокислот, имитирующие фрагменты gp41), также могут выступать в качестве эффективных антигенов благодаря своей высокой аффинности связывания. Помимо значительно более высокой аффинности связывания по сравнению с мономером, C34 также эффективно ингибирует ВИЧ, устойчивый к T 20, что делает его потенциально хорошей альтернативой терапии, включающей энфувиртид. В последнее время интерфейс gp120-gp41 рассматривается как мишень для bNAbs.