A xenotróp egér leukémia vírussal rokon vírus (XMRV) proteáz biokémiai karakterizálása

Absztrakt

Célul tűztük ki a xenotrópikus egér leukémia vírussal rokon vírus (XMRV) proteáz kinetikai vizsgálatát, az enzim stabilitásának és gátolhatóságának vizsgálatát HPLC valamint SDS-PAGE módszerek segítségével. Az enzim kinetikai paramétereit (KM, kcat, kcat/KM) szintetikus oligopeptid szubsztrát segítségével vizsgáltuk, az enzim dimerizációs képességét (Kdapp), valamint az enzim denaturációra hajlamát (UD50) 0-4 M urea tartalmú közegben. Vizsgáltuk a proteáz gátolhatóságát különböző proteáz inhibitorok (amprenavir, TL-3, acetil-pepsztatin és pepsztatin A) segítségével, magas ionerősségű közeg esetében HPLC módszert, míg alacsony sókoncentráció esetén SDS-PAGE módszert alkalmaztunk a gátlás nyomon követésére. Az SDS-PAGE módszer esetén szubsztrátként egy rekombináns egér leukémi vírus (MLV) Gag fragmentumot alkalmaztunk. Összehasonlítottuk az enzim stabilitási értékeit a 1-es típusú humán immundeficiencia vírus (HIV-1) proteáz értékeivel. Molekuláris modellezéssel hasonlítottuk össze a HIV-1 és XMRV proteázoknak az acetil-pepsztatin és pepsztain A inhibitorokkal alkotott komplexeit, a számított kölcsönhatási energiák segítségével vizsgáltuk az inhibitorok lehetséges kötőmódjait. Kollaborációs partnereink az enzim-inhibitor komplexeket (amprenavir, TL-3, acetil-pepsztatin és pepsztatin A) röntgenkrisztallográfiás elemzésnek vetették alá, ezzel magyarázatot adva a gátlás lehetséges módjára. Az XMRV proteáz jóval érzékenyebbnek bizonyult az urea koncentrációra, mint a HIV-1 proteáz. A Ki értékek alapján a tesztelt inhibitorok közül az amprenavir bizonyult a leghatékonyabb, míg a pepsztatin A a legkevésbé hatékony inhibitornak. A korábbi és jelenlegi molekuláris modellezésen alapuló vizsgálatok alapján megállapítottuk, hogy az S4/S4’ kölcsönhatás is lényegesen hozzájárul az acetil-pepsztatin és pepsztatin inhibitoroknak a HIV-1 és az XMRV proteázokhoz történő kötődéséhez. Az XMRV proteáz-pepsztatin A két inhibitoros kötőmódja energetikailag kedvezőbb, míg az acetil-pepsztatin esetében az egyszeres és kettős kötődési mód hasonló kölcsönhatási energiákat adott. Az S3/S3’ kötőhely mérete XMRV esetén kisebb, mint a HIV-1 esetén, így a Sta6-S3’ kölcsönhatás sokkal kedvezőbb a HIV-1 PR esetében, mint az XMRV PR-nál, ezért a HIV-1 az egyszeres kötési módot részesíti előnyben. A röntgenkrissztallográfiai adatok alapján, megállapítottuk, hogy az acetil-pepsztatin a többi inhibitorhoz képest eltérő módon kötődik az enzimhez, mivel két inhibitor molekula kötődik az XMRV PR dimerjéhez, míg a TL-3 és az amprenavir egyetlen molekulával kötődik, mégis az inhibitorok és az enzim közötti kölcsönhatások rendkívül hasonlóak. Our objective was the kinetic examination of the viral protease related to the xenotropic murine leukemia virus (XMRV) and the examination of the stability and inhibition of the enzyme with the help of the HPLC as well as the SDS-PAGE methods. We examined the kinetic parameters of the enzyme (Km, kcat, kcat/Km) with the help of a synthetic oligopeptide substrate while the stability of the enzyme, i.e. its ability to dimerize (Kdapp) and the tendency of the enzyme towards dissociation (UD50) - in a buffer containing an incrementing urea concentration by applying a chromogenic substrate. We examined the inhibition of the protease with the help of various protease inhibitors (amprenavir, TL-3, acetyl-pepstatin and pepstatin A), while applying the HPLC method in a high salt concentration buffer, and the SDS-PAGE method in the case of a low salt concentration to follow up the inhibition measurements. In the case of the SDS-PAGE method we applied an MLV Gag fragment as a substrate. We compared the stability values of the enzyme with the values of the HIV-1 protease. We modeled the enzyme-inhibitor complex formed in this way (in the case of acetyl-pepstatin and pepstatin A) and we examined the interaction energies and the potential binding of the inhibitors. The XMRV protease proved to be much more sensitive to the concentration of urea than the HIV-1 protease. Among the inhibitors tested on the basis of Ki values amprenavir proved to be the most efficient inhibitor while pepstatin A – the least efficient inhibitor. On the basis of molecular modeling we established that the S4/S4’ interaction also substantially contributes to the binding of the acetyl-pepstatin and pepstatin inhibitors to the HIV-1 and XMRV proteases. The two-inhibitor binding method of the XMRV protease-pepstatin A is more favorable from an energetic point of view, while in the case of acetyl-pepstatin, the interaction of the dual binding method provided similar interaction energies. The Sta6-S3’ interaction is much more favorable in the case of the HIV-1 PR than in the case of the XMRV PR, thus HIV-1 prefers the single binding method. X-ray crystallographic data were disclosed to us by our collaboration partner, on the basis of which we established that pepstatin A binds to the enzyme in a different manner as compared to other inhibitors, as two inhibitor molecules are bound to the PR dimer of XMRV while TL-3 or amprenavir with a single molecule, yet the interactions between the inhibitors and the enzyme are remarkably similar.

Leírás
Kulcsszavak
XMRV, proteáz, gátlás
Forrás