Enzyme

Vấn nạn toàn cầu

2008: AIDS
2.700.000 trường hợp mới
2,0 triệu người chết
Nguồn: http://data.unaids.org/pub/Report/2009/JC1700_Epi_Update_2009

2009: UNG THƯ
8.100.000 trường hợp mới
5.200.000 Mất
Nguồn: http://caonline.amcancersoc.org/cgi/reprint/49/1/33.pdf

Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) 2008 trên thế giới có khoảng 400 triệu người béo phì, trong đó có 20 triệu trẻ em dưới 5 tuổi. 

Nam 2030 qu¸ nöa d©n sè trªn thÕ giíi sÏ bÞ bÐo fi

đại dịch hiv_aids
Gần 60 triệu người đã bị lây nhiễm HIV và 25.000.000 người đã chết vì các nguyên nhân liên quan đến HIV từ đầu của đại dịch AIDS. Không có cách chữa và vắc-xin không có, mặc dù món cocktail thuốc có thể giữ bệnh nhân khỏe mạnh. Liên Hiệp Quốc dữ liệu cho 2008 cho thấy đã có 33.400.000 người nhiễm HIV và 2.000.000 người chết vì AIDS. Các khu vực bị ảnh hưởng tồi tệ nhất là châu Phi cận Sahara, chiếm 67% của tất cả những người sống với HIV.
Các nhà nghiên cứu từ trường Imperial College London và Đại học Harvard cho biết họ đã phát triển một tinh thể cho phép họ để xem cấu trúc của một enzyme được gọi là integrase, được tìm thấy trong retroviruses như HIV và là một mục tiêu cho một số loại thuốc mới nhất của HIV. Khi HIV nhiễm vào người, nó sử dụng integrase để dán một bản sao thông tin di truyền của nó vào các DNA của virut.



Integrase(IN)
Integrase là một amino acid protein-288 (32 kDa) mã hóa bởi sự kết thúc của gen pol. Nó được sản xuất như một phần của tiền thân polypeptide Gag-Pol, mà từ đó nó được phát hành bởi cát khai protease của virus qua trung gian. Nó có ba lĩnh vực độc lập: (i) Các-ga miền N (amino axit 1-49) mang một motif HHCC tương tự như một ngón tay kẽm, và có hiệu quả gắn kết Zn 2 +  có thể ưu multimerisation protein, một quá trình quan trọng trong hội nhập ]. (Ii) Các miền trung hoặc miền xúc tác (amino axit 50-212) bao gồm một D, D-35, E motif đó là không thể thiếu cho hoạt động xúc tác và được bảo tồn giữa virus và transposases IN. Đây cũng là trung tâm miền liên quan đến các ràng buộc của tứ DNA virus chủ yếu thông qua Q148 residus, K156 và K159 ]. Mọi hoạt động integrase yêu cầu nghiêm ngặt sự có mặt của một đồng yếu tố cation kim loại được phối hợp bởi hai dư lượng của bộ ba xúc tác (D64 và D116 với HIV-1 IN) ]. (Iii) Các miền C-đầu cuối (amino axit 213-288) liên kết không đặc biệt để DNA và do đó chủ yếu là tham gia vào sự ổn định của các phức hợp với DNA. Không có cấu trúc hoàn chỉnh vẫn chưa được xác định cho protomer integrase (IN 1-288), hoặc cho oligomers hoặc phức của các cấu trúc với DNA, do độ hòa tan kém và các vấn đề linh hoạt interdomain. Tuy nhiên, cấu trúc một số lĩnh vực bị cô lập hoặc của hai lĩnh vực đã được báo cáo liên tiếp .
integrase chức năng trong một hình thức multimeric, như được hiển thị bởi các thí nghiệm bổ trợ: hỗn hợp protein, mỗi cá nhân không hoạt động, đã được tìm thấy để được hoạt động . Ví dụ, một hoạt động xúc tác bộ ba đột biến có thể được bổ sung bởi một integrase cắt ngắn không hoạt động vào cuối C-đầu cuối của nó. Như vậy bổ trợ chức năng có thể được quan sát trong virions . Ngoài ra, các yếu tố thúc đẩy multimerisation integrase như Zn 2 + cũng kích thích cụ thể Mg 2 + phụ thuộc vào hoạt động của enzyme , chỉ ra rằng enzyme chức năng là multimeric. Hình thức nhị trùng ở hai đầu của phân tử DNA virus. Những nhị trùng có trách nhiệm 3`-chế biến hoạt động ]. Đôi nhị trùng mang lại cùng hai đầu của DNA của virus và dẫn đến sự hình thành của một tetramer (dimer của dimer), hình thức hoạt động cho hội nhập phối Trong chu trình xúc tác của nó, IN phải ràng buộc đồng thời với chất nền DNA của virus và DNA mục tiêu. Kiến thức hiện tại của tổ chức này vào DNA tetramer độc quyền dựa trên các mô hình xây dựng từ một phần cấu trúc và sinh hóa (cross-liên kết và đột biến trang web hướng) dữ liệu ]. Trong một mô hình gần đây, IN tetramer một là bị ràng buộc vào hai đầu của DNA của virus, tức là LTRs (Long Lặp lại Terminal), và đến một căn cứ 26 cặp phân tử DNA chủ với sự có mặt của Mg 2 + Mô hình này sẽ đưa vào tài khoản của các khó khăn về cấu trúc rút ra từ một mô hình phức tạp được hình thành giữa DNA và enzyme có liên quan, các transposase Tn5, và quan sát cho rằng hai kết thúc của DNA virus được tích hợp cơ sở ngoài năm đôi, tương ứng với khoảng cách khoảng 16 Å. Mô hình này có thể cung cấp một nền tảng cho việc thiết kế hợp lý các chất ức chế mới. Điều quan trọng cần lưu ý là hầu hết các mô hình này hỗ trợ một hình thức đối xứng của IN để hội nhập tâm. Tuy nhiên, gần đây, Ren et al. Đã đề xuất một tetramer bất đối xứng / DNA mô hình cho hội nhập phối hợp cho thấy ít nhất một phản ứng trung gian có thể là bất đối xứng 
Các hoạt động xúc tác của integrase (IN)
3`-chế biến và sợi chuyển

Hình 1. Catalytical hoạt động của HIV-1 integrase. Các hoạt động catalytical 3`-chế biến (A), sợi-chuyển giao phản ứng (B), tan rã (C) và palindrome cát khai (D) được đại diện
Hiện nay, bằng chứng đáng kể rằng virological tiền thân của DNA của virus tích hợp, hoặc provirus, là một DNA virus tuyến tính tạo ra bởi phiên mã ngược của bộ gen của virus. Hai phản ứng cần thiết cho sự hội nhập cộng hóa trị của DNA virus vào DNA vật chủ. Các integrase (IN) đầu tiên liên kết với một chuỗi ngắn ở mỗi đầu của DNA virus được gọi là thiết bị đầu cuối lặp lại dài (LTR) và xúc tác một cleavage endonucleotide gọi là 3`-chế biến, trong đó dinucleotide một là loại bỏ từ mỗi đầu của DNA virus (Hình 1 ). Các kết quả phân cắt DNA sau đó được sử dụng như một chất nền cho hội nhập hoặc chuyển sợi dẫn đến chèn cộng hóa trị của DNA virus vào hệ gen của tế bào bị nhiễm bệnh (Hình 1 ). Phản ứng này xảy ra lần thứ hai đồng thời ở cả hai đầu của phân tử DNA của virus, với một bù đắp của chính cặp cơ sở năm giữa hai điểm đối diện của chèn.
Hai phản ứng này cũng xảy ra trong cơ thể một cách tuần tự. Hai phản ứng này cũng hăng hái độc lập. Trong cả hai trường hợp, phản ứng là một đơn bước este hóa-trans liên quan đến việc gián đoạn của một liên kết phosphodiester bởi cuộc tấn công nucleophilic. Trong phản ứng đầu tiên, các trái phiếu có liên quan là một phần của phân tử DNA của virus và trong lần thứ hai, trái phiếu đang ở trong DNA mục tiêu.Do đó không có cộng hóa trị trung gian giữa các enzyme và DNA khi nó được quan sát trong phản ứng xúc tác của topoisomerase hoặc IN của thể thực khuẩn lambda, ví dụ. Loại bỏ các dinucleotides từ `nhô ra 5, xuất xứ của virus, và sửa chữa ADN (tức là polyme và ligation) là bắt buộc để hoàn thành phản ứng tích hợp đầy đủ. Một nghiên cứu cho rằng điều này có thể liên quan đến một hoạt động DNA polymerase DNA-phụ thuộc của IN , nhưng, cho đến nay, như một hoạt động polymerase của IN đã không được xác nhận và nó thường nghĩ rằng điều này sửa chữa DNA được thực hiện bởi các cơ chế tế bào có thể được tái tạo trong ống nghiệm với các tế bào chủ yếu tố tinh khiết . Phản ứng như vậy, kết quả cuối cùng trong một phân tử DNA của virus, các provirus, tích hợp vào và collinear với DNA, với đặc tính nhân bản 5 cặp cơ sở (trong trường hợp của HIV-1) của trình tự gen chầu các trang web của hội nhập. Một số dòng bằng chứng hỗ trợ cho một hội nhập không ngẫu nhiên với hội nhập ưu đãi trong phiên mã đơn vị cho HIV-1 . Hội nhập là sau đó chủ yếu là đạo diễn tương tác giữa các phức tạp trước hội nhập và chất nhiễm sắc. Từ một điểm chuỗi DNA của xem, nó đã được gần đây cho thấy rằng hội nhập xảy ra trong trình tự ưu tiên đối xứng .
Cả hai phản ứng (3`-chế biến và sợi chuyển giao) có thể được sao chép trong ống nghiệm bằng cách sử dụng ngắn sợi đôi oligonucleotides bắt chước trình tự của các kết thúc của U5 LTR virus hoặc U3 trong sự hiện diện của một integrase tái tổ hợp . 3`-chế biến là một phản ứng rất cụ thể. Phản ứng này bao gồm việc loại bỏ một dinucleotide, tiếp giáp với dinucleotide CA bảo tồn rất cao, từ sợi các `3 của U3 U5 và virus DNA LTRs. Đột biến trong chuỗi hoạt động này hoàn toàn bãi bỏ, trong khi sự toàn vẹn của chầu trình tự là ít quan trọng . Phản ứng 3`-chế biến tương ứng với một cuộc tấn công nucleophilic bởi một phân tử nước. Tuy nhiên, các đại lý khác thay thế nucleophilic có thể được sử dụng như glycerol nhưng nhìn chung tiến hành để cát khai endonucleolytic không cụ thể . Này chủ yếu xảy ra khi Mn + 2 được dùng. Các 3`-OH của DNA chưa qua chế biến cũng có thể được sử dụng trực tiếp như một tác nhân dẫn đến sản phẩm nucleophilic dinucleotide cyclic 3`-5 ` . Việc sử dụng đồng yếu tố sinh lý có liên quan Mg 2 + cải thiện các đặc trưng của cát khai với các nước như nucleophilic đại lý sử dụng chủ yếu.

Trong cùng một phản ứng, IN có thể xúc tác, với sản lượng khiêm tốn, việc chuyển giao sợi. Trong các phản ứng chuyển sợi, các đại lý tương ứng với nucleophilic cực 3`-OH của sợi xử lý. Có thể để tăng năng suất của việc chuyển giao sợi với oligonucleotides trước chế biến . Bằng cách sử dụng một oligonucleotide bắt chước một đầu LTR, chỉ có một-chuyển giao một nửa phản ứng có thể quan sát kết thúcbằng. Ống nghiệm DNA dài, mảnh với hai tứ siêu vi có thể được sử dụng để mô phỏng quá trình hội nhập phối hợp tương ứng với đồng thời hội nhập của virus hai. Phối hợp xuất hiện ít khoan dung với điều kiện phản ứng, tức là. enzyme chuẩn bị và nhà nước chuyển giao oligomerization hơn sợi. Mặc dù nó đã được thể hiện bởi các nhóm khác nhau mà IN một mình là đủ để xúc tác hội nhập phối hợp protein, virus hoặc tế bào, làm đồng yếu tố cho quá trình hội nhập, chẳng hạn như protein nucleocapsid virus NC [và các protein của tế bào HMG I (Y) và LEDGF có thể làm tăng hiệu quả của nó. Thật thú vị, nó đã được thời gian gần đây chỉ ra rằng, trái ngược với phản ứng một nửa-chuyển giao, một phản ứng năng suất cao hơn là thu được để hội nhập phối bắt đầu từ một tù-đã kết thúc so với một chất nền DNA trước khi chế biến . Hơn nữa, hoạt động của IN là mạnh mẽ phụ thuộc vào nhà nước của nó oligomeric. Ngược lại với chế biến-3`mà đòi hỏi các hình thức dimeric của IN, nó đã cho thấy rằng phối hợp tổ chức hội nhập đòi hỏi một tetrameric.
Hình 2. Một số hợp chất chống-integrase. Styrylquinoline, một thành viên của INBI (IN DNA-B inding tôinhibitors) hợp chất acid và beta dicetonic, Raltegravir và Elvitegravir, các thành viên của INSTI (IN S T trand ransfer tôi nhibitors) các hợp chất, được đại diện.
ho?t d?ng xỳc tỏc c?a IN
IN đóng một vai trò quan trọng để nhân rộng retrovirut vì các hoạt động catalytical của nó. Ngoài ra, IN cũng đã tài sản không được xúc tác cần thiết cho chu kỳ tái tạo. Đột biến của IN có thể được chia thành hai nhóm. Các lớp học đầu tiên về đột biến (Class I) bao gồm các đột biến mà bị ảnh hưởng trong các hoạt động xúc tác của họ. Ví dụ, một trong những đột biến trong hoặc ba axit amin của bộ ba DDE hủy bỏ các hoạt động xúc tác của IN. Lớp thứ hai của đột biến (Class II đột biến) làm nhiễu loạn các bước khác của retrovirut và đột biến nhân rộng integrase tương ứng hiển thị mức độ tinh khiết hoang dại loại hoạt động.
Một số đột biến của IN hiển thị một trong DNA khiếm khuyết cơ thể tổng hợp và một khối sao chép của virus ở mức độ phiên mã ngược. Một cấu trúc khuyết tật nói chung ở mức độ phức retrotranscription trong đó bao gồm RT và IN có thể tài khoản cho các kiểu hình như vậy. Thật vậy, một số nghiên cứu cho thấy một sự tương tác vật lý giữa IN và RT. Đó là một khiếm khuyết trong quá trình tổng hợp DNA cũng có thể được quan sát thấy khi sử dụng các hợp chất SQL mà mục tiêu integrase, bằng chứng nghiên cứu đột biến kháng, nhưng chủ yếu ảnh hưởng đến bước phiên mã ngược.
Một vai trò của IN trước khi hội nhập có liên quan đến translocation PIC trong hạt nhân. Trong thực tế, trong phân chia tế bào không bị nhiễm bệnh, chẳng hạn như các đại thực bào, các PIC phải đi qua màng hạt nhân để tiếp cận với DNA nhiễm sắc thể. Điều này bao gồm một cơ chế hoạt động, các yếu tố trong đó vẫn còn chưa rõ ràng . Nó đã được báo cáo của De et al Soultrait. Rằng L2, tương ứng với các cấp C nửa của STU2p men, một protein liên quan microtubule (MAP), tương tác với IN. STU2p là một thành phần thiết yếu của men các trục chính cơ thể cực (SPB), mà có thể microtubules ràng buộc trong ống nghiệm. tương tác này được quan sát trong ống nghiệmvà cũng có trong cơ thể trong một mô hình nấm men . Việc xác định thành phần của mạng microtubule liên kết với IN cho thấy vai trò của các phức tạp này trong việc vận chuyển của HIV-1 PIC tới hạt nhân và hỗ trợ hạt theo dõi dữ liệu gần đây cho thấy PIC được đặc trưng bởi một phong trào hướng microtubule
Integrase và ít nhất hai thành phần khác của PIC, Vpr và MA, có tài sản karyophilic gợi ý rằng một số cơ chế riêng biệt có thể được tham gia vào việc nhập khẩu hạt nhân. Các enzym integrase bao gồm một số trình tự motif có khả năng hoạt động như các tín hiệu nội địa hóa hạt nhân (NLSs), bao gồm ít nhất một được biết đến để tương tác với các thụ thể nhập khẩu hạt nhân, motif này đang được đặt tại nhà ga-C miền. Một chuỗi trong lõi xúc tác bao gồm các V165 và R166 dư lượng cũng có thể đóng góp vào các tài sản karyophilic của integrase, mặc dù điều này vẫn còn là một vấn đề của cuộc tranh luận. Trong mọi trường hợp, đột biến của những trình tự này khác nhau không hoàn toàn xoá bỏ translocation hạt nhân của PIC, xác nhận rằng có những bổ sung và / hoặc cơ chế translocation thừa. Gần đây, một đối tác cuốn tiểu thuyết của IN trong translocation hạt nhân đã được mô tả bởi Chúa Kitô và các đồng nghiệp. Sử dụng nấm men hai-lai và kéo xuống thí nghiệm, các transportin-SR2 (TRN-SR2) được hiển thị để tương tác với IN. Bởi RNAi thử nghiệm trên tế bào nhiễm bệnh, SR2 được xác nhận rõ ràng là một đối tác quan trọng trong translocation của IN và do đó của PIC vào nhân tế bào bị nhiễm bệnh.
Cuối cùng, integrase có thể là gián tiếp liên quan đến quy chế của phiên mã của provirus tích hợp. Sau khi quá trình hội nhập, IN có thể được chặt chẽ ràng buộc với DNA tích hợp và sau đó, sự suy thoái của IN bởi con đường proteasome-ubiquitin đã được đề xuất để điều chỉnh các phiên mã của gen virus. Thật vậy, Dargemont và cộng tác viên đã thấy rằng integrase tương tác với VBP1 (protein von Hippel-Lindau ràng buộc 1), một đối tác liên kết của ligase Cul2/VHL phức tạp liên quan đến quá trình polyubiquitylation.
Kết luận

Trong kết luận, tiến bộ đáng kể đã được thực hiện đối với sự hiểu biết cấu trúc của phức tạp trước hội nhập được hình thành bởi HIV integrase và DNA virus. Kiến thức mới này đã dẫn đến những cải tiến đáng kể trong các phương pháp được sử dụng để tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính chống enzyme này. Một số gia đình của chất ức chế hiện nay đã được xác định, bao gồm ít nhất một - chất ức chế chuyển giao sợi - hiện đang trong giai đoạn tiên tiến về phát triển lâm sàng và cho kết quả đủ đầy hứa hẹn cho một phân tử (Raltegravir) để có được giấy phép trong tháng 10 2007 cho phát hành ở Hoa Kỳ. Việc xác định một số integrase đồng yếu tố mới sẽ cung cấp cho chúng ta một hình ảnh rõ ràng của các yếu tố hội nhập trong cơ thể, mở ra những khả năng mới cho nghiên cứu dược lý . Không có nghi ngờ không có quan tâm trong cấu trúc sinh học của integrase sẽ được đáng kể kích thích bởi việc phát hành của các thuốc ức chế integrase đầu tiên trên thị trường và, không may, bởi sự nổi lên của vi rút có khả năng đề kháng.
Chữ viết tắt

HIV-1: Nhân virus suy giảm miễn dịch loại 1; PFV-1: linh trưởng bọt virus loại 1;
MK-0.518: Raltegravir;
thuốc ARV: các loại thuốc kháng vi-rút;
IN: integrase;
RT: Reverse transcriptase;
MA: Ma trận,
NC: Nucleocapsid;
LTR: Long Terminal Lặp lại;
INBI: IN DNA-Binding ức chế;
INSTI: IN Strand Chuyển ức chế;
PIC: Pre-hội nhập Complex;
LEDGF: Lens nguồn gốc biểu mô tăng trưởng Factor
thuốc gây ức chế IN:



Raltegravir là một loại thuốc mới thuộc nhóm thuốc phòng ngừa bệnh và sự lây lan. Chúng giúp ngăn chặn quá trình tập trung enzym cần thiết để virut HIV tự nhân lên.
Nghiên cứu được tiến hành với 178 bệnh nhân mắc HIV- những người trước đó đã được điều trị thuốc trong vòng 10 năm song không có hiệu quả, hoặc hiệu quả thấp. Các bệnh nhân này sau đó được chia làm hai nhóm, nhóm một được điều trị bằng thuốc raltegravir và nhóm khác được điều trị bằng liệu pháp thay thế. Sau 24 tuần, bệnh nhân dùng thuốc raltegravir giảm tới 90% lượng virut trong máu, so với nhóm được điều trị bằng phương pháp khác (chỉ giảm được 45%).
Những bệnh nhân dùng thuốc raltegravir cũng cho thấy biểu hiện của sự tăng nhanh đáng kể các tế bào CD4 - một loại tế bào miễn dịch trong cơ thể.
Các nhà khoa học cho biết, đây là một tín hiệu đáng mừng trong việc tìm ra một loại thuốc chữa trị giúp chấm dứt căn bệnh thế kỷ.