《HIV-1整合酶原發性耐藥突變的耐藥機理研究》是依託北京工業大學，由張小軼擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：HIV-1整合酶原發性耐藥突變的耐藥機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張小軼
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
現有的臨床抗愛滋病藥物均產生了耐藥性。二酮酸（DKAs）類HIV-1整合酶（IN）抑制劑是最有前景的IN抑制劑，闡明IN對DKAs類抑制劑的耐藥機理，將有助於更合理地設計高效IN抑制劑並更合理的使用已有的IN抑制劑。N155S/H、Q148K/R/H以及Y143/R/C/H是IN對於DKAs類抑制劑所產生的主要原發性耐藥突變位點，產生頻次較高且是保守轉換殘基。研究表明，HIV-1產生高度耐藥總是與原發性耐藥突變的出現相關。該申請項目擬綜合採用分子模擬技術及分子生物學實驗方法相結合，系統全面的探討以上幾種原發性耐藥突變的耐藥機理，尋找它們共有的結構及相互作用特點，並在此基礎上設計新的對野生型及耐藥型IN均有效的雙效抑制劑。本項目的研究結果不僅能為新的IN抑制劑設計提供理論依據，同時也對指導臨床治療具有重要意義。
結題摘要
通過分子模擬方法，揭示了N155S突變導致IN活性減弱的機理：突變導致155位殘基側鏈變小，其所在的螺旋4構象發生變化，進而導致螺旋4上的152位殘基與活性中心的相互作用網路發生重排，最終Mg2+位置發生明顯變化，活性口袋明顯拓寬，導致了突變體的活性下降；突變導致Loop140的柔性降低，而該區域的高活性對於IN的活性非常重要；突變後，N155S體系的活性口袋擴大，vDNA更靠近α4區域，最終改變了vDNA 的3’-OH 與IN活性中心的接觸，導致活性降低。通過分子模擬方法，闡明了該突變導致二酮酸類抑制劑發生耐藥的機理：RAL競爭性抑制vDNA與IN的結合, 同時在vDNA與hDNA之間形成空間位阻，抑制了鏈轉移過程；突變導致IN結構的功能性分區模糊化，以及DDE基序殘基的運動相關性的弱化；突變後，E92殘基變的不利於抑制劑的結合，而D64殘基所在區域對於雙效抑制劑的結合有利。通過分子生物學方法驗證了分子模擬的結論，並進一步深入揭示了突變導致IN活性減弱及耐藥的機理：155位殘基的大小對於IN發揮活性具有重要意義；在WT中，92位殘基側鏈電荷有利於野生型IN發揮活性，而在N155S體系中，92位殘基的電荷性質及側鏈大小對其發揮活性非常重要；無論在WT中還是在N155S突變體中，92位殘基的側鏈大小及電荷性質均對耐藥性產生重要貢獻，在N155S突變體系中，155位殘基變小對耐藥的貢獻與92位殘基側鏈變小特別是其電荷消失對耐藥的貢獻產生了級聯放大。通過QSAR研究，提出了對IN的二酮酸類抑制劑的改造意見：在二酮基附近增加帶電或極性基團。構建了二酮酸類小分子抑制劑的關鍵理化性質與其活性的相關性模型，結果表明，小分子的水溶性、范德華能及氫鍵能等理化性質對其發揮活性具有較重要的貢獻。本工作將增加我們對於耐藥突變發生後，IN的鏈轉移活性及其對DKAs類抑制劑產生的耐藥性的機理的認識，這些機理有助於雙效抑制劑的設計和改造：考慮WT及突變型IN活性中心共有特徵，如64位殘基有利於雙效抑制劑結合；可通過增加二酮酸區域的電荷基團、柔性或增加可與Mg2+配位的原子實現抑制劑適應突變前後的不同的活性口袋構象；此外，考慮水溶性、范德華及氫鍵能性質，它們對小分子的活性貢獻較大。通過完成該基金項目，發表國內外核心期刊論文8 篇，其中SCI收錄7篇；獲得北京工業大學研究生科技創新一等獎等3個獎項。
