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

HIV integrasi


Molecola del Mese di Marzo 2011
L'HIV integrasi inserisce in un cromosoma della cellula infettata il DNA virale ottenuto per retrosintesi dall'RNA genomico del virus
HIV

Introduzione
I retrovirus, come l'HIV, sono particolarmente insidiosi. La maggior parte dei virus quando infettano una cellula, la costringono a costruire molte copie del virus e poi se ne vanno quando la cellula è stata usata. I retrovirus, invece, causano una infezione che si svolge in tempi molto più lunghi. Quando penetrano in una cellula usano il loro genoma di RNA come stampo per sintetizzare una catena di DNA (operazione chiamata retrosintesi, da cui il nome retrovirus). Poi inseriscono questo DNA virale all'interno del DNA della cellula ospite. Il DNA inserito può entrare subito in azione per sintetizzare molte copie del virus, oppure può rimanere silente aspettando il momento migliore per iniziare la produzione di nuovi virus. Questa è una delle ragioni per cui l'HIV è così difficile da combattere: può restare in attesa nelle cellule infettate per anni.

Integrazione del DNA
L'integrasi è l'enzima che inserisce il DNA virale in un cromosoma della cellula. Due copie identiche di integrasi si legano ai due capi del DNA virale, creando un complesso stabile chiamato intasoma. L'intasoma poi si lega al DNA cellulare e realizza la reazione di trasferimento di catena unendo il DNA virale al DNA cellulare. La struttura mostrata qui a destra (file PDB 3os1) include quattro subunità di integrasi (due blu e due azzurre) e tre corti segmenti di DNA che corrispondono ai due capi del segmento di DNA virale (rossi) e al DNA cellulare (arancione) disposto perpendicolarmente. Le due subunità di integrasi nel centro (azzurre) contengono i siti attivi che tagliano e uniscono il DNA, mentre le due subunità di integrasi esterne (blu) hanno solo un ruolo strutturale.

Farmaci contro l'HIV
I ricercatori che stanno cercando di trovare nuovi farmaci contro l'HIV hanno individuato tre possibili bersagli: la DNA polimerasi inversa (l'enzima che sintetizza DNA a partire dall'RNA genomico del virus), la HIV proteasi (mol.d.m. giugno 2000) e la HIV integrasi. Il lavoro sulla HIV integrasi ha portato allo sviluppo di molti farmaci efficaci come il raltegravir, che è usato attualmente per trattare l'infezione da HIV. Finora, però, è stato molto difficile cristallizzare la proteina intera di HIV integrasi e i suoi complessi col DNA. Le strutture mostrate qui, infatti, sono state ottenute da un retrovirus simile, PFV, Prototype Foamy Virus, che è innocuo per l'uomo, ma produce una integrasi quasi identica a quella di HIV e quindi costituisce un ottimo modello per gli studi sulla integrazione retrovirale.

Esplorando la struttura
Le strutture di PFV integrasi legate al DNA hanno svelato i passaggi critici della reazione di integrazione. Le immagini mostrate qui sotto rivelano due aspetti diversi della struttura.
La seguente immagine mostra alternativamente due strutture:
Nella prima si vede il complesso subito dopo che l'intasoma ha catturato il DNA bersaglio (file PDB 3os1).
Nella seconda si vede il complesso dopo la reazione di trasferimento di catena (file PDB 3os0).
Nella prima struttura, la catena di DNA virale è mostrata a sinistra in magenta (chiaro e scuro), a destra in rosso (chiaro e scuro). Il DNA della cellula è mostrato in giallo (chiaro e scuro).
Nella seconda struttura,
si vede che la catena magenta più scura del DNA virale si è unita alla catena di DNA cellulare, mostrata per chiarezza anche questa in magenta per indicare la continuità di catena tra DNA virale e cellulare.

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Qui sotto sono mostrate le stesse due strutture viste da dietro per vedere meglio le nuove catene ottenute unendo il DNA virale a quello cellulare. Qui si può apprezzare sia la continuità della catena magenta che di quella rossa.

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La prossima immagine rollover mostra un primo piano del sito attivo della HIV integrasi (file PDB 3oya) che contiene il farmaco raltegravir (al centro con sfere grigie, blu e rosse) legato ai due ioni magnesio (verdi) che dovrebbero realizzare la reazione di taglio del DNA. La struttura rivela che gli inibitori come raltegravir si legano nel sito attivo ai due atomi di magnesio (verdi) usando tre atomi di ossigeno (rossi) e quindi impediscono al filamento di DNA virale (rosa salmone) di entrare in contatto con gli atomi di magnesio.

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Spunti per ulteriori esplorazioni
1. Potete usare lo strumento "Structure Comparison" nel sito PDB per confrontare le strutture di PFV integrasi con quelle di differenti domini di HIV integrasi.
2. Nel sito PDB sono disponibili molte strutture di PFV e HIV integrasi legate a diversi inibitori. Potete usare lo strumento "Ligand Explorer" nel sito PDB per esplorare le interazioni di questi inibitori col sito attivo della integrasi

Bibliografia
G. N. Maertens, S. Hare and P. Cherepanov (2010) The mechanism of retroviral integration from X-ray structures of its key intermediates. Nature 468, 326-329.
S. Hare, A. M. Vos, R. F. Clayton, J. W. Thuring, M. D. Cummings and P. Cherepanov (2010) Molecular mechanisms of retroviral integrase inhibition and the evolution of viral resistance. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 107, 20057-20062.
M. Jaskolski, J. N. Alexandratos, G. Bujacz and A. Wlodawer (2009) Piecing together the structure of retroviral integrase, an important target in AIDS therapy. FEBS Journal 276, 2926-2946.

 

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