Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

HIV-1 Proteasi


Molecola del Mese di giugno 2000

Un Bersaglio per la Terapia dell'AIDS
I farmaci che attaccano l'HIV-1 proteasi rappresentano uno dei successi della medicina moderna. La diffusione epidemica dell'AIDS cominciata poche decine di anni fa, prima di allora l'HIV era sconosciuto. Questi farmaci hanno dimostrato l'efficacia dei nuovi strumenti che la scienza medica ha messo a punto per combattere le nuove malattie.
I ricercatori hanno gi scoperto un gruppo di farmaci efficaci che rallentano la crescita del virus fino a fermarla. Restano ancora da risolvere, comunque, importanti problemi. In particolare manca ancora un vaccino efficace contro l'HIV. Ma oggi le persone infettate dal virus HIV hanno a disposizione degli strumenti potenti per la cura.



Colpire l'HIV
L'HIV proteasi svolge un ruolo essenziale nel ciclo vitale dell'HIV. Come molti altri virus l'HIV sintetizza molte delle proprie proteine sotto forma di un solo lungo filamento nel quale le proteine sono legate in sequenza una dopo l'altra. L'HIV proteasi ha il compito di tagliare questa lunga "poliproteina" in frammenti che abbiano l'esatta lunghezza di ogni proteina. Questo passaggio ha dei tempi critici. La poliproteina intatta necessaria nei primi momenti del ciclo vitale del virus, quando aiuta la formazione del virus immaturo. Poi la poliproteina deve essere tagliata in frammenti della giusta lunghezza per costruire il virus maturo capace di infettare una nuova cellula. Le reazioni di taglio devono avvenire perfettamente a tempo per permettere al virus di costruirsi nel modo corretto, prima che la poliproteina sia distrutta. A causa della sua funzione delicata ed essenziale, l'HIV proteasi un eccellente bersaglio per una terapia farmacologica. I farmaci si legano saldamente alla proteasi bloccandone l'azione e il virus muore perch non in grado di trasformarsi nella sua forma matura infettiva.

Un Enzima Sotto Esame
L'esatta conoscienza della struttura atomica dell'HIV-1 proteasi ha reso possibile la maggior parte di questo lavoro. Le prime strutture sono state determinate nel 1989. Dieci anni dopo, nell'archivio PDB, sono disponibili pi di cento strutture, incluse molte variazioni genetiche dell'enzima, complessi dell'enzima con molti farmaci ed inibitori, e dozzine di enzimi mutanti. Altre centinaia di strutture sono conservate nei database privati delle ditte farmaceutiche, dove vengono utilizzate per provare e migliorare nuovi farmaci sperimentali. Nell'insieme, l'HIV-1 proteasi ora uno degli enzimi meglio studiati tra quelli conosciuti in medicina, anche se resta un enzima enigmatico che nasconde ancora molti dei suoi segreti.

Un Enzima Piccolo, ma Efficiente
L'HIV-1 proteasi un enzima piccolo, composto di due catene proteiche identiche, ognuna lunga solo 99 amminoacidi. Le due catene sono unite per formare un lungo tunnel, ben visibile nella figura della pagina precedente e che qui sopra viene mostrato di lato, coperto da due "lembi" flessibili della proteina. Quando i lembi si aprono, l'enzima si pu avvolgere attorno ad una catena proteica che viene chiusa e trattenuta strettamente all'interno del tunnel.
Il sito attivo si trova nella parte centrale del tunnel, dove una molecola d'acqua viene usata per rompere la catena proteica. Nella figura qui sopra l'enzima visto dall'alto (codice PDB 7hvp). Nelle due immagini sulla destra i lembi sono stati rimossi per mostrare il sito attivo. La figura di centro mostra un inibitore (verde) legato nel sito attivo che occupa una posizione simile a quella occupata dalla catena proteica. In queste strutture non ci possono essere proteine legate al sito attivo dell'HIV-1 proteasi, perch le catene proteiche verrebbero tagliate prima di poter essere risolte. Per questo dobbiamo osservare come si legano gli inibitori per immaginare come le catene proteiche si legano all'enzima.
Notate come la catena dell'inibitore viene tenuta tesa e diritta attraverso il sito attivo. Nella figura di destra, l'inibitore stato rimosso per poter vedere direttamente il sito attivo. Due amminoacidi di acido aspartico, contrassegnati da un asterisco, compiono il lavoro di catalisi, attaccando la catena proteica nel centro.

Esplorando la Struttura
Sono quattro i farmaci che attaccano l'HIV-1 proteasi e che sono attualmente utilizzati per trattare i malati infettati dal virus. Negli archivi PDB disponibile la struttura di tutti e quattro questi farmaci legati all'HIV-1 proteasi. Nella figura qui sopra, l'enzima viene mostrato come un tubo sottile che assume la forma delle due catene proteiche, mentre i farmaci sono rappresentati con l'opzione "spacefill" che mostra con sfere colorate il volume occupato dai singoli atomi. La vista dall'alto, notate come i lembi si chiudono sopra le molecole dei farmaci. Da sinistra verso destra, i farmaci sono Indinavir (catalogo PDB 1hsg), Saquinavir (catalogo PDB 1hxb), Ritonavir (catalogo PDB 1hxw), e Nelfinavir (catalogo PDB 1ohr).
Notate la somiglianza tra questi farmaci. Tutti hanno dei gruppi idrocarburici apolari disposti su ogni lato, che interagiscono con i bordi del sito attivo a forma di tunnel. Ognuno di loro ha due atomi di ossigeno al centro, che puntano verso di noi nella figura e che interagiscono con una particolare molecola di acqua che di solito intrappolata sotto i lembi (non mostrata qui). Tutti questi farmaci imitano una catena proteica, e si legano all'enzima nello stesso modo in cui lo fanno le catene proteiche. Questi per sono chimicamente diversi da una catena proteica e l'HIV-1 proteasi non riesce a spezzarli, cos restano legati al sito attivo bloccando il normale funzionamento dell'enzima.
Queste figure sono state create con Chime. Anche voi potete creare immagini simili cliccando sui codici d'accesso qui sopra e scegliendo una delle opzioni nel men "View Structure".