A doktori értekezésemben bemutatott munkáimban célul tűztük ki egy nagy áteresztőképességű és gyors mikrotiter lemez alapú fluorometriás módszer kidolgozását, mely alkalmas különböző retrovirális proteázok aktivitásának és gátlási állandóinak közvetlen összehasonlítására, illetve részben ezen módszerre alapozva, új típusú makromolekuláris HIV-1 PR inhibitorok tervezését, előállítását és tesztelését. Összefoglalásul elmondhatjuk, hogy a munkánk során kidolgozott fluorometriás módszer egy jó alternatíva lehet a hagyományos HPLC-alapú módszer mellett, mivel gyors és egyszerre nagy számú minta kezelését teszi lehetővé. Módszerünket a hagyományos HPLC-alapú módszerrel validáltuk vad típusú HIV-1 és HTLV-1 proteázok, valamint EDANS és DABCYL csoportokat hordozó új tervezésű szubsztrátok felhasználásával. Kidolgoztunk egy új eljárást a fluoreszcens donor és akceptor csoportokat egyszerre hordozó szubsztrátok mérése esetén fellépő belső szűrő hatás korrekciójára. Az új módszer segítségével összehasonlítottuk a HIV-1 és a HTLV-1 proteázok gátlási profilját néhány, már klinikai használatban lévő HIV-1 PR ellenes és néhány, a munkacsoportunk által tervezett HTLV-1 PR inhibitor felhasználásával. Módszerünket későbbiekben sikerrel alkalmaztuk más vad típusú és mutáns retrovirális proteázok esetében is (Kádas és mtsai, 2004; Fehér és mtsai, 2006; Sperka és mtsai, 2007). A továbbiakban a szubsztrátkötő helyen hidrofil, hidrofób és töltött aminosavakat hordozó mutáns HIV-1 proteázokat terveztünk és vizsgáltunk. A mutációk in silico megtervezése után elkészítettük és megtisztítottuk a fehérjéket, majd teszteltük azok in vitro és sejtkultúrás kísérletekben mutatott gátló hatását. A töltött aminosavakat hordozó mutánsaink, amelyek a HIV-1 proteáz ellen tervezett makromolekuláris inhibitorok egy új generációját képviselik, dózisfüggő, specifikus, transz domináns gátló hatást mutattak kísérleteinkben. Elsőként detektáltuk egy vad típusú retrovirális proteáz és egy transz domináns negatív mutáns heterodimerizációját NMR spektroszkópiával. Az Asp25Arg és a Gly49Glu csere egyéb retrovirális proteázokban is gátló hatást eredményezhet a vad típusú proteázzal szemben, mivel ezen aminosavcserék célpontjai a hidrolitikus aktivitáshoz elengedhetetlen katalitikus aszpartátok.

We have developed a high throughput microtiter plate fluorescent assay which can be a good alternative to the traditional HPLC-based protease assay, since it is faster and is able to measure several parallel samples. Our assay was validated by using the traditional method and applied to HIV-1 and HTLV-1 proteases. Several new fluorescent substrates containing EDANS/DABCYL groups were designed and tested. We have also developed an alternative method for the inner filter correction. Inhibition profiles of HIV-1 and HTLV-1 PRs were compared using various clinically used HIV-1 PR inhibitors and new HTLV-1 PR inhibitors were also designed and tested. Later, the new method has also been applied successfully for additional retroviral proteases. Furthermore, we have designed and investigated defective HIV-1 proteases which contained mutations in the active site and in the substrate binding site. After the in silico mutagenesis, we prepared and purified selected proteins for in vitro as well as in cell culture experiments to determine their inhibitory effect on wild-type HIV-1 PR. Mutants containing charged residues showed dose-dependent, specific, trans-dominant inhibitory effect in our experiments, and they represent a new generation of macromolecular inhibitors against HIV-1 PR. Heterodimerization could be detected, for the first time, between a wild-type retroviral PR and trans-dominant negative mutants by NMR spectroscopy using our novel hydrophilic constructs and our facile protein folding protocol. The Asp25Arg and the Gly49Glu mutations introduced into analogous positions of other retroviral PRs may exert a similar inhibitory effect on the corresponding wild-type PR. These residues target the catalytic aspartate, thus it may be considered a general strategy for all retroviral PRs.