Proteasa VIH-1
_etiquetada.jpg) Dímer de la proteasa VIH-1 representat en verd i taronja. El residu catalític Asp25, corresponent al centre actiu, s'indica en blau. | |||||||||
| Identificadors | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Número EC | 3.4.23.16  | ||||||||
| Bases de dades | |||||||||
| IntEnz | IntEnz view | ||||||||
| BRENDA | BRENDA entry | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme view | ||||||||
| KEGG | KEGG entry | ||||||||
| MetaCyc | metabolic pathway | ||||||||
| PRIAM | profile | ||||||||
| Estructures PDB | RCSB PDB PDBj PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
La proteasa VIH-1 és un enzim essencial per al cicle de vida del virus de la immunodeficiència humana (VIH). La seva funció principal és tallar cadenes polipeptídiques per tal d'activar-les i formar proteïnes estructurals i enzims funcionals.[1] L'enzim és codificat pel gen pol, un dels tres més importants del genoma del VIH en encarregar-se de codificar tots els enzims virals responsables del cicle d'infecció.[2]
Estructura
[modifica]Estructura primària
[modifica]La proteasa del VIH-1 és un homodímer. La seva estructura parteix inicialment de dues cadenes polipeptídiques idèntiques de 99 aminoàcids. S'observa una prolina (Pro) a l'extrem N-terminal i una fenilalanina (Phe) a l'extrem C-terminal.[3][4] Aquestes cadenes de pèptids, en ser codificades pel gen pol, s'ajunten per formar una proteïna funcional.
Estructura secundària
[modifica]Els aminoàcids interaccionen entre ells i adopten una conformació espacial donada per ponts d'hidrogen i forces electroestàtiques dependents del radical dels aminoàcids. L'estructura secundària de cada subunitat de la proteasa es formada per 8 làmines β i una hèlix α.[5] Alguns aminoàcids no interaccionen entre radicals i es manté una estructura lineal a certes regions. La seqüència d'aminoàcids que formen les làmines β partint de la regió amino-terminal és: 9-16, 25-18, 31-33, 43-49, 52-67, 69-78, 83-85.
D'altra banda, l'hèlix α comprèn del Gly86 al Gly94.[6]
Estructura terciària i quaternària
[modifica]Mitjançant forces intermoleculars, una cadena amb estructura secundària s'estabilitza i fa plecs, que donen una especificitat a la proteïna. En el cas de la presenta una estructura quaternària degut al fet que és formada per dos cadenes amb una estructura terciària de conformació fibrosa. Es tracta d'un dímer simètric. En estabilitzar-se les cadenes, formen un centre actiu per la disposició dels dos Asp25 dels monòmers i cada subunitat conté un domini peptidasa A2 de Lys20 fins a Leu89.[4] [7]
Aquesta proteasa pertany al grup de les aspartilproteases. Es pot observar a la regió catalítica la seqüència característica d'aminoàcids (Asp - Thr - Gly) comú a totes les proteases que formen el grup. Per tal de permete el pas del substrat fins al centre actiu, el dímer actiu de la proteasa VIH-1 presenta dues solapes en forma de forquilla β que poden adoptar conformacions oberta, semioberta o tancada.
Funció
[modifica]La proteasa del VIH-1 és l'encarregada de dur a terme un dels passos més importants per a garantir la supervivència i assegurar la infecció del virus: el processament de les poliproteïnes Gag i GagPol en subunitats funcionals.
Aquest tipus d'enzims tallen cadenes peptídiques d'altres proteïnes, fent-les més petites i donant-los funcionalitat. En ser una aspartilproteasa, el seu centre actiu talla cadenes polipeptídiques fent servir els residus Asp25.[4] El VIH sintetitza proteïnes a partir de cadenes d'ARNm. La proteasa talla les cadenes proteiques en unitats més petites o proteïnes individuals que, en unir-se al material genètic del propi virus, acoblen a poc a poc noves partícules del virus.[8]
Si no hi hagués la proteasa per tallar les proteïnes, no seria possible infectar una cèl·lula sana. L'enzim és molt important per a les primeres etapes del VIH, actuant en el moment que el virus podrà acoblar-se. Fa falta separar els enllaços peptídics perquè pugui madurar la càpsida del virus, ja que aquestes formen la càpsida immadura. Un cop es tallen, al centre actiu de la proteasa, les proteïnes podran madurar el virus donant una forma tronc-cònica.[9]
Biosíntesi
[modifica]La proteasa està incrustada dins de la poliproteïna GagPol, juntament amb altres proteïnes que han de ser activades per la pròpia proteasa. Concretament, es troba entre la transcriptasa inversa, unida a l'extrem C-terminal de la proteasa, i el pèptid p6*, unit a l'extrem N-terminal.
El pèptid p6* impedeix que la dimerització sigui estable i limita la funció de la proteasa. L'estructura formada per la proteasa i el pèptid p6* s'anomena precursor de la proteasa.[10]
Mecanisme d'activació
[modifica]La proteasa del VIH-1 té capacitat d'autoprocessament. El seu precursor és capaç de processar cadenes polipeptídiques, tot i que de manera ineficient. Tanmateix, disposa de prou capacitat per tallar el pèptid p6*, fet que permet que la proteasa maduri, s'estabilitzi i processi les proteïnes Gag i GagPol pendents.[10]
Cinètica d'activació
[modifica]Mitjançant experiments de pols i caça, diversos estudis han arribat a la conclusió que la dimerització de la proteasa comença a la membrana de la cèl·lula envaïda durant els processos d'assemblatge i gemmació.[10][11][12]
L'activació de la proteasa en un moment específic del cicle de replicació és essencial per garantir una infecció eficaç. Una activació tardana de la proteasa comporta la formació de càpsides defectuoses o una maduració incompleta de la transcriptasa inversa. En canvi, una activació prematura provoca que les proteïnes Gag i GagPol es processin abans que la gemmació hagi finalitzat i pot desencadenar l'activació de mecanismes de mort cel·lular a la cèl·lula hoste.[10][13][14]
Mecanisme enzimàtic
[modifica]L'activitat i dinàmica de la proteasa VIH-1 té una gran importància en la maduració del VIH.[15] El seu centre actiu conté dos residus d'àcid aspàrtic i una molècula d'aigua estructural. Un dels àcids aspàrtics (Asp25) actua com a base per activar l'aigua nucleòfila, mentre que l'altre Asp25 es comporta com a àcid per protonar l'enllaç que es trenca. Quan la molècula d'aigua és activada, trenca l'enllaç peptídic. Molt inhibidors de la proteasa del VIH estan dissenyats per interferir amb la molècula d'aigua i bloquejar la reacció.[3]
Les dues solapes del centre actiu permeten el pas del substrat, i es tanquen un cop el substrat s'hi ha unit. Les solapes donen lloc a un canvi conformacional de l'enzim i modulen l'eficiència catalítica. Les solapes estabilitzen el substrat gràcies a ponts d'hidrogen amb residus de glicina i isoleucina.[15][10]
Inhibidors
[modifica]Els inhibidors de proteases constitueixen un mecanisme terapèutic basat en la interrupció del cicle de reproducció viral mitjançant el bloqueig i inhibició específica d'enzims proteolítics virals, bloquejant la capacitat de replicació del patogen. Tenen aplicació clínica per al tractament de diverses patologies virals, com ara el VIH, el virus de l'hepatitis C o el SARS-CoV-2.
En el cas del VIH, dels 62 fàrmacs aprovats a Europa per l'Agència Europea de Medicaments (EMA, de l'anglès European Medicines Agency), 11 d'ells contenen principis actius que actuen com a inhibidors de la proteasa: darunavir, fosamprenavir, lopinavir, ritonavir i tipranavir.[16] Als Estats Units, en canvi, l'Administració d'Aliments i Fàrmacs (FDA, de l'anglès Food and Drug Administration) ha aprovat 26 fàrmacs pel tractament del VIH, 10 dels quals es basen en la inhibició de la proteasa VIH-1.[17]
El principal mecanisme d'acció dels inhibidors de proteasa VIH-1 és la prevenció de l'escissió de la poliproteïna GagPol. Els inhibidors de la proteasa VIH-1 actuen mitjançant inhibició competitiva i estan dissenyats per imitar l'estructura del substrat natural de l'enzim. Com a resultat, la proteasa queda inactivada i no pot proteolitzar la poliproteïna GagPol en les subunitats necessàries per formar virions infecciosos.
Riscos i efectes secundaris dels inhibidors de la proteasa VIH-1
[modifica]La unió específica dels inhibidors a la proteasa VIH-1 es pot veure afectada pel propi virus. El VIH sovint pateix mutacions i canvis en la seva estructura, i la proteasa en mutar-se podria ser resistent al mecanisme inhibidor, provocant que perdi la seva funció.[18] Per aquest motiu, els tractaments per al VIH combinen diversos principis actius amb diferents mecanismes d'acció (inhibidors de la proteasa, inhibidors de la transcriptasa inversa, etc).[19]
Entre els efectes adversos més freqüents destaquen la diarrea, nàusees, un augment de la concentració dels enzims hepàtics i del colesterol i àcids grassos en sang i una disminució de plaquetes en sang. A més a més, la interacció dels inhibidors de la proteasa VIH-1 amb altres medicaments o vitamines pot provocar reaccions nocives.[20]
Referències
[modifica]- ↑ Brik, Ashraf; Wong, Chi-Huey «HIV-1 protease: mechanism and drug discovery». Organic & Biomolecular Chemistry, 1, 1, 2003, pàg. 5–14.
- ↑ Delgado, Rafael «Características virológicas del VIH». Enfermedades Infecciosas y Microbiología Clínica, 29, 1, 2010, pàg. 58–65.
- ↑ 3,0 3,1 «HIV-1 Protease». [Consulta: 10 novembre 2025].
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Weber, Irene T.; Agniswamy, Johnson «HIV-1 Protease: Structural Perspectives on Drug Resistance». Viruses, 1, 3, 2009, pàg. 1110–1136.
- ↑ «PDBe Connect Pages». [Consulta: 11 novembre 2025].
- ↑ «PDBe-KB Protein Pages». [Consulta: 11 novembre 2025].
- ↑ «Proteasa del VIH y terapia antiviral - EMEI», 2008. [Consulta: 11 novembre 2025].
- ↑ «Proteasa Clinicalinfo». [Consulta: 12 novembre 2025].
- ↑ «PDB101: Molecule of the Month: HIV-1 Protease». [Consulta: 12 novembre 2025].
- ↑ 10,0 10,1 10,2 10,3 10,4 Tabler, Caroline O.; Tilton, John C. «Mechanism and Kinetics of HIV-1 Protease Activation». Viruses, 16, 12, 2024, pàg. 1826.
- ↑ Kaplan, A H; Manchester, M; Swanstrom, R «The activity of the protease of human immunodeficiency virus type 1 is initiated at the membrane of infected cells before the release of viral proteins and is required for release to occur with maximum efficiency». Journal of Virology, 68, 10, 1994, pàg. 6782–6786.
- ↑ Kaplan, A H; Swanstrom, R «Human immunodeficiency virus type 1 Gag proteins are processed in two cellular compartments.». Proceedings of the National Academy of Sciences, 88, 10, 1991, pàg. 4528–4532.
- ↑ Yang, Hailiu; Nkeze, Joseph; Zhao, Richard Y. «Effects of HIV-1 protease on cellular functions and their potential applications in antiretroviral therapy». Cell & Bioscience, 2, 1, 2012, pàg. 32.
- ↑ Wang, Qiankun; Gao, Hongbo; Clark, Kolin M.; Mugisha, Christian Shema; Davis, Keanu «CARD8 is an inflammasome sensor for HIV-1 protease activity». Science, 371, 6535, 2021, pàg. eabe1707.
- ↑ 15,0 15,1 Torbeev, Vladimir Yu; Raghuraman, H.; Hamelberg, Donald; Tonelli, Marco; Westler, William M. «Protein conformational dynamics in the mechanism of HIV-1 protease catalysis». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 108, 52, 2011, pàg. 20982–20987.
- ↑ «HIV and AIDS | European Medicines Agency (EMA)», 2023. [Consulta: 13 novembre 2025].
- ↑ Lv, Zhengtong; Chu, Yuan; Wang, Yong «HIV protease inhibitors: a review of molecular selectivity and toxicity». HIV/AIDS (Auckland, N.Z.), 7, 2015, pàg. 95–104.
- ↑ Zhou, Huiyu; Gao, Yu; Yang, Qingqing; Shan, Qi; Meng, Sihan «Design, Synthesis, and Biological Evaluation of Novel Core Scaffold-Modified HIV-1 Protease Inhibitors for Overcoming Drug Resistance». Journal of Medicinal Chemistry, 68, 21, 2025, pàg. 22547–22568.
- ↑ Moore, John P.; Stevenson, Mario «New targets for inhibitors of HIV-1 replication». Nature Reviews Molecular Cell Biology, 1, 1, 2000, pàg. 40–49.
- ↑ «Inhibidores de la proteasa: Cómo funcionan», 2021. [Consulta: 12 novembre 2025].