Ингибитор цинкового пальца - Zinc finger inhibitor

На этом изображении показана типичная структура NCp7, на которую нацелены ингибиторы цинкового пальца при борьбе с ВИЧ.

Ингибиторы цинковых пальцев, или цинковые эжекторы, представляют собой вещества или соединения, которые отрицательно взаимодействуют с цинковые пальцы и заставляют их высвобождать цинк из своего сайта связывания, нарушая конформацию полипептидной цепи и делая цинковые пальцы неэффективными, тем самым не позволяя им выполнять связанные с ними клеточные функции. Обычно это достигается с помощью хелатирование сайта связывания цинка. Поскольку цинковые пальцы, как известно, участвуют в регуляции м-РНК, обратной транскрипции, защите синтезированной вирусной ДНК, ингибировании транскрипции и начальных процессах интеграции, предотвращение функции цинковых пальцев может иметь решительные последствия для функции клетки или вируса.[1]

Ингибиторы цинковых пальцев обычно используются для борьбы с ВИЧ. Лечение ВИЧ обычно зависит от адресности обратные транскриптазы и протеазы. Однако эти методы оказываются неэффективными из-за развития устойчивых штаммов вируса или из-за прекращения лечения.[2] Этот метод использования ингибиторов цинковых пальцев для нацеливания и дестабилизации цинковых пальцев представляет собой новый метод борьбы с ВИЧ. Другие вирусы, такие как атипичная пневмония, полиомиелит, лихорадка Эбола, корь, человеческий коксаки, денге, бешенство, человеческий гепатит, парагрипп человека и респираторно-синцитический вирус человека, имеют аналогичные мотивы цинковых пальцев и потенциально могут извлечь выгоду из технологии ингибиторов цинковых пальцев.[1]

Цинковые эжекторы запатентованы в 2008 году.[1] а некоторые вошли в фазу I / II испытаний как лекарство от ВИЧ.

Цель ингибитора цинкового пальца: нуклеокапсидный белок

Нуклеокапсидный белок 7 ВИЧ-1 (NCp7) является белком, на который нацелены выбросы цинка. NCp7 изначально образуется как часть полипептида gag и следует конформации цинкового пальца с затылком.[3] В течение своей жизни NCp7 облегчает раскручивание тРНК, действует как праймер для обратной транскрипции, шапероны нуклеиновых кислот внутри капсида ВИЧ-1, помогает интегрировать вирусную РНК в почкование. вирионы, и непосредственно участвует в репликации ВИЧ-1 как на ранней, так и на поздней фазах.[2][4] Эти процессы играют критическую роль в репликации ВИЧ-1, что делает NCp7 основной мишенью для лекарств, стремящихся противодействовать процессу репликации.

На этом изображении показана структура "цинковые пальцы" белка нуклеокапсида ВИЧ-1. Цистеины мотива CCHC выделены желтым; гистидин синим цветом. Пунктирные линии представляют собой координационные связи между ионом Zn и соответствующими остатками.

NCp7 представляет собой белок из 55 аминокислот, который является высокоосновным и состоит из двух мотивов «затычки между костяшками». Эти мотивы содержат две пептидные единицы Cys-X2-Cys-X4-His-X4-Cys (CCHC), где X представляет собой замещенную аминокислоту, которые составляют сайты связывания ионов цинка (II).[4][5] Связывание цинка (II) в сайте связывания CCHC необходимо для того, чтобы домен был функциональным и для стабилизации конформации структуры, позволяя NCp7 выполнять процессы, необходимые для репликации ВИЧ. Поскольку сайт связывания CCHC является устойчивым к мутациям и участвует в репликации ВИЧ-1, он является основным кандидатом для профилактики ВИЧ с помощью цинковых эжекторов.[5] Подавляя функцию NCp7, нарушается репликация вируса и образуется нефункциональный вирус, который не может заразить своего хозяина.[6]

Компаунды для выбрасывания цинка

Азодикарбонамид

Азодикарбонамид (ADA) был первым эжектором цинка, который прошел клинические испытания для лечения ВИЧ. ADA подавляет ВИЧ, электрофильно атакуя атомы серы цинккоординированного цистеина.[7][8] Это электрофильное взаимодействие дестабилизирует сайт связывания цинка, облегчая отвод иона цинка из-за нового расположения связей.[5] Затем сайт связывания выполняет дисульфидный обмен, образуя новые межмолекулярные дисульфидные связи, и происходит перегруппировка, помещая цинковый палец в конформацию, которая ингибирует его функцию.[7]

C-нитрозо

3-нитрозобензамид (NOBA) и 6-нитрозо-1,2-бензопирон (NOBP) были первыми соединениями, продемонстрировавшими способность подавлять инфицирование ВИЧ путем выброса цинка из NCp7.[4] Таким же образом, как и ADA, соединения взаимодействуют с полипептидом из 18 остатков в N-концевой области цинковой фаланги нуклеокапсидного белка ВИЧ, что вызывает выброс цинка из области путем ковалентной модификации остатков цистеина. Исследования показывают, что NOBA и NOBP были способны ингибировать инфекцию ВИЧ-1 путем ингибирования обратной транскрипции без видимого нарушения обратной транскриптазы. Это подтверждает роль NCp7 в обратной транскрипции.[9]

2,2’-ди-тиобисбензамид (ДИБА)

DIBA действуют аналогично ADA, NOBA и NOBP. Они реагируют с остатками цистеина на цинковом пальце NCp7 и вызывают изменение ковалентной конформации, которое выталкивает цинк из домена цинкового пальца.[10] Хотя изначально DIBA казались многообещающими кандидатами в противовирусные препараты, с их стабильностью были клинические проблемы. ДИБА имеют тенденцию к циклизации в бензизотиазолоны, которые при использовании для борьбы с ретровирусами не обладают такой же эффективностью, как исходное соединение. Кроме того, глутатион может восстанавливать дисульфидные связи в DIBA, тем самым ограничивая его функцию. in vitro.[2]

Меркаптобензамиды

Пролекарства меркаптобензамида переносят ацильную группу на 36-й остаток цистеина NCp7, а ацильная группа затем мигрирует к соседнему остатку лизина, который запускает выброс Zn.[11] Меркаптобензамид и соответствующее ему пролекарство проявляли аддитивность к синергическому эффекту в сочетании с известными лекарствами от ВИЧ. Более того, они не проявили цитотоксичности.[12]

Пиридиниоалканоилтиолэфиры (ПАТЕС)

Бромид N- [2- (5-пиридиниовалероилтио) бензоил] сульфацетамида (обозначаемый как соединение 45) представляет собой пиридиниоалканоилтиоловый эфир, который может действовать как эжектор цинка. После активации серебром соединение 45 использует свои пиридиниоалканоильные группы для ковалентной модификации NCp7, специфически изменяя цистеины 36 и 49 на карбоксильном конце цинкового пальца. Он выталкивает цинк из участков связывания цинка в два этапа. Цинк в цинковом пальце с карбоксильным концом высвобождается первым, после чего происходит выброс цинка из цинкового пальца с аминным концом.[13]

Бис-тиадизолбензол-1,2-диамин

Бис-тиадизолбензол-1,2-диамин (NV038) - один из новейших эжекторов цинка. Установлено, что NV038 влияет на функцию «цинкового пальца» после того, как вирус проник в клетку, но до завершения обратной транскрипции. NV038, как и другие соединения для выбрасывания цинка, хелатирует цинк, удаляя его из места связывания. Однако считается, что он действует посредством другого механизма, чем многие другие цинковые эжекторы, из-за его конструктивных особенностей. Его структура не позволяет легко осуществлять тиол-дисульфидный обмен или перенос ацила на цистеин. Вместо этого считается, что NV038 реагирует с цинком с использованием двух карбонильных атомов кислорода, содержащихся в сложных эфирах.[6]

Соображения безопасности

Были опасения по поводу того, были ли эти цинковые эжекторы безопасными в использовании из-за неопределенности относительно того, обладают ли цинковые эжекторы достаточной селективностью для нацеливания только на сайты связывания CCHC цинковых пальцев в NCp7. Домены «цинковые пальцы» не уникальны для ВИЧ, а, скорее, повсеместно встречаются в клеточной биологии и играют важную роль во многих процессах, таких как клеточная репликация, белок-белковые взаимодействия и репликация ДНК. Если эти цинковые эжекторы непреднамеренно связываются с неправильными доменами цинковых пальцев, они могут отрицательно повлиять на другие клеточные функции, которые могут быть важны для правильных функций организма.

Эксперименты и моделирование селективности DIBA-1, ADA и других цинковых эжекторов показали, что эта проблема безопасности была по существу необоснованной. Было обнаружено, что все цинковые эжекторы эффективно борются с репликацией ВИЧ в концентрациях, которые не проявляют цитотоксических эффектов, что означает, что они специфически нацелены на NCp7 и не нацелены на другие цинковые пальцы. Считается, что такие факторы, как аффинность связывания лиганда, реакционная близость лиганда и общая форма седла, необходимая для того, чтобы соединение поместилось в карман для связывания, все играют роль в селективности, проявляемой эжекторами цинка.[14]

Рекомендации

  1. ^ а б c Хуа, Дэй, изд. (2008). Цинковые пальчиковые эжекторы и способы их использования. 0039528.
  2. ^ а б c Schito, Marco L .; Гоэль, Атул; Сун, Юншэн; Инман, Джон К .; Fattah, Rasem J .; Райс, Уильям Дж .; Терпин, Джим А .; Шер, Алан; Аппелла, Этторе (2003). "In Vivo Противовирусная активность новых ингибиторов цинковых пальцев p7 вируса иммунодефицита человека типа I на трансгенной мышиной модели ». Исследования СПИДа и ретровирусы человека. 19 (2): 91–101. Дои:10.1089/088922203762688595. PMID  12639244.
  3. ^ Фишер, Роберт Дж .; Фиваш, Мэтью Дж .; Стивен, Эндрю Г .; Hagan, Nathan A .; Шеной, Шилпа Р .; Medaglia, Maxine V .; Смит, Линдси Р .; Уорти, Карен М .; Симпсон, Джон Т .; Сапожник, Роберт; McNitt, Karen L .; Джонсон, Дональд Дж .; Хиксон, Кэтрин V .; Горелик, Роберт Дж .; Фабрис, Даниэле; Хендерсон, Луи Э .; Рейн, Алан (2006). «Сложные взаимодействия белка нуклеокапсида ВИЧ-1 с олигонуклеотидами». Исследования нуклеиновых кислот. 34 (2): 472–484. Дои:10.1093 / nar / gkj442. ЧВК  1351370. PMID  16434700.
  4. ^ а б c Муса, Раби Энн (2004). «Цинк-белок пальца нуклеокапсида ВИЧ-1 как мишень антиретровирусной терапии» (PDF). Актуальные темы медицинской химии. 4 (15): 1605–1622. Дои:10.2174/1568026043387331. PMID  15579099.
  5. ^ а б c Тополь, Игорь А .; Немухин, Александр В .; Доброгорская Яна И .; Берт, Стэнли К. (2001). «Взаимодействие видов азодикарбонамида (ADA) с модельным сайтом цинкового пальца: теоретическая поддержка разрушения домена цинкового пальца в белке нуклеокапсида ВИЧ-1 (NCp7) с помощью ADA». Журнал физической химии B. 105 (45): 11341–11350. Дои:10.1021 / jp011734g.
  6. ^ а б Паннекук, Кристоф; Шафарович, Беата; Волкова Наталья; Бакулев, Василий; Дехаен, Вим; Мели, Ив; Даэлеманс, Дирк (2010). «Ингибирование репликации ВИЧ-1 бис-тиадиазолбензол-1,2-диамином, который хелатирует ионы цинка из цинковых пальцев ретровирусного нуклеокапсида». Противомикробные препараты и химиотерапия. 54 (4): 1461–1468. Дои:10.1128 / AAC.01671-09. ЧВК  2849360. PMID  20124006.
  7. ^ а б Loo, Joseph A .; Холлер, Тод П .; Санчес, Джозеф; Гольотти, Рокко; Мэлони, Лиза; Рейли, Майкл Д. (1996). «Биофизическая характеристика выброса цинка из белка нуклеокапсида ВИЧ с помощью 2,2'-дитиобис [бензамидов] и бензизотиазолонов против ВИЧ». Журнал медицинской химии. 39 (21): 4313–4320. Дои:10.1021 / jm960253w. PMID  8863808.
  8. ^ Райс, Уильям Дж .; Терпин, Джим А .; Хуанг, Минцзюнь; Клэнтон, Дэвид; Buckheit, Jr, Роберт В .; Ковелл, Дэвид Дж .; Валлквист, Андерс; McDonnell, Nazli B .; ДеГузман, Роберто Н .; Саммерс, Майкл Ф .; Зальков, Леон; Бадер, Джон П .; Haugwitz, Rudiger D .; Саусвилл, Эдвард А. (1997). «Азодикарбонамид подавляет репликацию ВИЧ-1, воздействуя на белок нуклеокапсид». Природа Медицина. 3 (3): 341–345. Дои:10,1038 / нм0397-341. PMID  9055865.
  9. ^ Райс, Уильям Дж .; Schaeffer, Catherine A .; Грэм, Лиза; Бу, Мин; Макдугал, Дж. Стивен; Орлофф, Шерри Л .; Виллинджер, Франсуа; Янг, Мэтью; Орошлан, Стефан; Fesen, Mark R .; Помье, Ив; Менделеев, Иероним; Кун, Эрнест (1993). «Сайт противовирусного действия 3-нитрозобензамида на процесс инфекционности вируса иммунодефицита человека в лимфоцитах человека». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 90 (20): 9721–9724. Bibcode:1993ПНАС ... 90.9721R. Дои:10.1073 / пнас.90.20.9721. ЧВК  47642. PMID  7692451.
  10. ^ Терпин, Джим А .; Терпенинг, Сара Дж .; Schaeffer, Catherine A .; Ю, банда; Гловер, Констанс Дж .; Felsted, Ronald L .; Sausville, Эдвард А .; Райс, Уильям Г. (1996). «Ингибиторы вируса иммунодефицита человека типа 1 цинковые пальцы предотвращают нормальную переработку прекурсоров Gag и приводят к высвобождению неинфекционных вирусных частиц». Журнал вирусологии. 70 (9): 6180–6189. Дои:10.1128 / JVI.70.9.6180-6189.1996. ЧВК  190642. PMID  8709244.
  11. ^ Саха, Мринмой (2017). «Исследование меркаптобензамидов как инактиваторов ВИЧ с помощью белка нуклеокапсида7». ChemMedChem. 12 (10): 714–721. Дои:10.1002 / cmdc.201700141. ЧВК  5572807. PMID  28395128.
  12. ^ Hartman, T.L .; Ян, Л .; Helfrick, A.N .; Hassink, M .; Shank, N.I .; Розенкер, К. Джордж; Scerba, M.T .; Saha, M .; Hughes, E .; Wang, A.Q .; Сюй, X .; Gupta, P .; Buckheit, R.W .; Аппелла, Д. Х. (2016). «Доклиническая оценка меркаптобензамида и его пролекарства для направленного на NCp7 ингибирования вируса иммунодефицита человека». Противовирусные исследования. 134: 216–225. Дои:10.1016 / j.antiviral.2016.08.022. ЧВК  7113734. PMID  27568924.
  13. ^ Басруф, Венкатеша; Сун, Юншэн; Mazur, Sarlyn J .; Хигасимото, Юичиро; Терпин, Джим А .; Райс, Уильям Дж .; Инман, Джон К .; Аппелла, Этторе (2000). «Инактивация белка P7 нуклеокапсида ВИЧ-1 пиридиниоалканоилтиоэфирами: характеристика продуктов реакции и предполагаемый механизм действия». Журнал биологической химии. 275 (20): 14890–14897. Дои:10.1074 / jbc.275.20.14890. PMID  10809733.
  14. ^ Хуанг, Минцзинь; Мейнард, Эндрю; Терпин, Джим А .; Грэм, Лиза; Джанини, Джордж М .; Ковелл, Дэвид Дж .; Райс, Уильям Г. (1998). «Анти-ВИЧ агенты, которые избирательно нацелены на ретровирусные нуклеокапсидные белки и цинковые пальцы, не влияя на клеточные цинковые белки пальцев». Журнал медицинской химии. 41 (9): 1371–1381. Дои:10.1021 / jm9708543. PMID  9554870.