Исследование влияния консервативной мутации Leu10→Ile на внутримолекулярную подвижность ВИЧ-1 протеазы методом молекулярной динамики

Abstract

ВИЧ-протеаза является основной мишенью для создания антиретровирусных препаратов. Однако при использовании ингибиторов появляются резистентные штаммы ВИЧ, содержащие мутации в структуре протеазы. При изучении молекулярных механизмов резистентности ВИЧ-1 протеа­зы к ингибиторам необходимо учитывать вклад отдельных точечных мутаций в суммарный эффект увеличения резистентности. Дистальные мутации (аминокислотные остатки, неспосредственно не контактирующие с ингибитором) мало влияют на конформацию ВИЧ-1 протеазы, но могут изменять молекулярную динамику белка- В данной работе изучено влияние дистальной мутации Leu10→ Ile на конформационную подвижность ВИЧ-1 протеазы. Для этого проведено компьютерное моделирование молекулярной динамики мутанта Leu10→ Ile ВИЧ-1 протеазы в течение 10 не. Результаты расчетов для мутанта Leu10 Не сравнены с данными по динамике нашивной протеазы. Существенная консолидация среднеквадратичного отклонения Сα атомов мутанта Leu10→ Ile Не свидетельствует об увеличении стабильности пространственной структу­ры ВИЧ-1 протеазы в течение изученного временного интервала. Перераспределение среднеквадра­тичных флуктуации атомов относительно их позиций, а также изменение направления медлен­ных движений протеазы указывают на влияние данной мутации на динамику ВИЧ-1 протеазы, вызывающее увеличение конформационной жесткости. Обсуждается возможное влияние изменения молекулярной динамики протеазы на устойчивость протеазы к ингибиторам.

HIV-1 protease remains a major target for the design of anti HIV/AIDS drugs. However there are an emergence of drug resistant virus strains that bury mutations within protease gene. In order to study molecular basis of the drug resistance it is essential to understand contribution of point mutations to overall resistance. Distal mutations has little impact on the protease conformation however could effect its molecular dynamics. In present study we investigated effect of Leu10→Ile mutation on molecular dynamics of HIV-1 protease. A 10ns-long trajectory was computed to be further compared with that of wild type protease. A significantly impaired conformational fluctuations of the mutant protease suggests that Leu10→Ile mutation has increased stability of the tertiary structure. Redistribution of the RMS fluctuations along with an alteration of the direction of slow correlated motions of the protease indicate the effect of the Leu10→Ile mutation on molecular dynamics of the HIV-1 protease. Liaison between modified dynamics and drug resistance is discussed.

ВІЛ-1 протеаза с головною мішенню при створенні антиретровірусних преператів для терапії ВІЛ/СНІДу. Однак при використанні інгібіторів з'являються резистентні штами вірусу, які мають мутації в структурі протеази. При вив­ченні молекулярних механізмів стійкості ВІЛ-1 протеази до інгібіторів необхідно враховувати внесок окремих точкових мутацій до сумарного ефекту резистентності. Дистальні мутації (такі, що не контактують з інгібітором) мало впливають на конформацію ВІЛ-1 протеази, але можуть суттєво змінювати молекулярну динаміку білка. У даній роботі вивчали вплив дистальної мутації Leu10→Ile на конформаційну рухливість ВІЛ-1 протеази. Для цього здійснено моделювання молекулярної динаміки мутанта Leu10→Ile ВІЛ-1 протеази протягом 10 нс. Зроблено порівняння отрима­них результатів з даними для нативної протеази. Суттєве зменшення середньоквадратичного відхилення Сα атомів му­танта Leu10→Ile свідчить про зростання стабільності про­сторової структури ВІЛ-1 протеази протягом вивченого ча­сового інтервалу. Перерозподіл середньоквадратичних флукту­ацій атомів відносно їхніх позицій, а також зміна напрямку повільних рухів протеази свідчать про вплив цієї мутації на динаміку ВІЛ-1 протеази, який спричинює збільшення конформаційної жорсткості. Обговорено ймовірний вплив зміни молекулярної динаміки на стійкість протеази до інгібіторів.