HIV IN与DKAs的分子模拟研究

背景

目前，全球流行的主要是HIV-1 病毒。HIV-1 的基因可以编码3 种酶: 逆转录酶( reverse transcriptase, RT) 、整合酶( integrase, IN)和蛋白酶( protease, PR) 。其中IN 是一个由288 个氨基酸残基组成的蛋白，折叠成3 个结构域，分别是N 末端结构域( N-terminal domain, NTD) 、C 末端结构域( C-terminal domain, CTD) 和催化核心结构域( catalytic core domain, CCD) 。其中CCD 含有IN 催化活性所必需的，由D64、D116 和E152  三个酸性氨基酸残基所组成的基序( DDE 基序) ，该基序是高度保守的，任何一个发生突变都会破坏酶的活性，从而影响病毒的正常复制。IN 能介导逆转录病毒DNA 整合到宿主细胞DNA 上，整合过程包括两步反应: 第一步为3’端加工( 3′-processing，3′-P) 反应，在宿主细胞内， IN 切除HIV 病毒DNA 3’末端的2 个核苷酸，使末端碱基上的羟基暴露出来，为第二步反应做准备; 第二步是链转移( strandtransfer，ST) 反应，在细胞核内， IN 交错切割宿主细胞DNA，然后病毒DNA 的3’末端的羟基与宿主细胞DNA 的5’端通过共价键连接，形成一个整合后的新DNA，并随着宿主DNA 的复制而复制，进而完成HIV-1 的复制繁殖。

目的

研究二酮酸类分子（DKAs）与HIV-1整合酶(integrase, IN)的分子识别机制和二者复合物的构象变化。

方法

使用AutoDock程序包将10个二酮酸类分子与整合酶进行了分子对接，得到一系列对接复合物模型。选取其中两个活性有明显差异的复合物进行了15 ns的分子动力学模拟，从能量和氢键的角度分析了二者与HIV-1整合酶识别的关键残基。

工具

分子对接（AutoDock）

分子动力学（Amber）

主要研究结果

对10个DKAs与HIV-1 IN进行了分子对接，并将对接的结合自由能与lgIC50进行了相关性分析，结果发现，二者并没有显著相关性，此类分子的抑制活性与结合能没有显著的直接关联。

对IN-C1和IN-C6进行了显含水分子动力学模拟，RMSF与B因子较好的相关性证明了模拟方法以及的可靠性。

通过能量分解和氢键的分析，给出了IN-C1和IN-C6在水溶液中的最优结合模式，发现P142有利于C1、C6与HIV-1 IN识别结合，补充了相关数据。并就二者间的活性差异给出了合理的解释。氢键网络图的分析，对分子柔性变化做出了解释。

范德华能与lgIC50的相关性分析表明，通过计算此类DKAs的范德华能可以粗略预测其活性，辅助筛选具有良好活性的同类分子。另外，Corona等还发现DKAs对HIV-1逆转录酶的RNase H区具有一定的Inhibit作用。分子模拟结果与实验值吻合较好，为深入理解二酮酸类分子与整合酶的识别机制以及基于IN结构的分子设计提供一定的结构及理论支持。