Интеграза (IN) — фермент (нуклеотидилтрансфераза), продуцируемый ретровирусами (в частности, ВИЧ), который катализирует интеграцию (встраивание) вирусной ДНК в хромосому клетки-хозяинаСТРУКТУРА И ФУНКЦИИ ИНТЕГРАЗЫ ВИЧ-1 , Успехи биологической химии, т. 45, 2005, с. 87—122. Встроенная вирусная ДНК называется провирусом. Интеграция является критически важным этапом жизненного цикла ретровирусов, так как без неё невозможно стабильное копирование вирусного генома клеткой и образование новых вирусных частиц.
Ретровирусная интеграза является ключевым компонентом (PIC).
У бактериофагов (например, фага лямбда) также существуют ферменты, называемые интегразами (phage integrase), однако они относятся к другому классу ферментов — сайт-специфическим рекомбиназам — и работают по совершенно иному механизму.
Механизм действия Процесс интеграции вирусной ДНК в геном хозяина протекает в несколько строго последовательных этапов: Сборка прединтеграционного комплекса. 3'-процессинг (подготовка концов): Происходит ещё в цитоплазме клетки. Интеграза распознаёт специфические последовательности в длинных концевых повторах (LTR) на концах линейной двуцепочечной вирусной ДНК и отщепляет по два нуклеотида (как правило, динуклеотид GT) с обоих 3'-концов. В результате образуются выступающие свободные гидроксильные группы (3'-OH). Перенос цепи (strand transfer): Прединтеграционный комплекс транспортируется в ядро клетки. Здесь интеграза катализирует нуклеофильную атаку свободных 3'-OH групп вирусной ДНК на фосфодиэфирные связи ДНК клетки-хозяина. Происходит разрезание клеточной ДНК и ковалентное сшивание с ней вирусного генома. Репарация: Оставшиеся на месте сшивки короткие одноцепочечные бреши и 5'-свисающие концы заполняются и сшиваются собственными ферментами системы репарации клетки-хозяина.
Структура Все ретровирусные интегразы имеют схожую архитектуру и состоят из трёх канонических структурных доменов, соединённых гибкими линкерами: N-концевой домен (NTD): Содержит консервативный цинк-связывающий мотив HHCC (например, His12, His16, Cys40, Cys43 у ВИЧ-1). Этот домен координирует ион цинка ($Zn^{2+}$) и играет важнейшую роль в образовании мультимеров белка. Каталитический домен (CCD): Ядро фермента, обладающее укладкой, характерной для суперсемейства РНКазы H. Содержит высококонсервативную каталитическую триаду аминокислот D, D, 35, E (две аспарагиновые и одна глутаминовая кислота; у ВИЧ-1 это Asp64, Asp116, Glu152). Эта триада координирует два двухвалентных катиона (обычно $Mg^{2+}$ или $Mn^{2+}$), необходимых для ферментативной активности. C-концевой домен (CTD): Имеет укладку, напоминающую SH3-домен. Отвечает за прочное, но неспецифическое связывание с ДНК, а также способствует стабилизации мультимерного комплекса.
Для полноценной работы фермента необходимо образование высших структурных форм (мультимеризация). В составе активного комплекса (интасомы) интеграза функционирует как тетрамер (или октамер у некоторых вирусов). В процессе работы фермент также активно взаимодействует с различными белками клетки-хозяина. Наиболее известным клеточным кофактором является LEDGF (хроматин-ассоциированный белок), который выполняет роль «якоря», прикрепляя прединтеграционный комплекс ВИЧ к активным участкам хроматина человека.
Интеграза ВИЧ и антиретровирусная терапия У вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) интеграза представляет собой белок массой 32 кДа, кодируемый геном pol. Поскольку в клетках человека нет ферментов с аналогичным механизмом действия, интеграза ВИЧ является одной из важнейших и наиболее безопасных мишеней для антиретровирусной терапии (АРВТ).
Препараты, блокирующие работу этого фермента на этапе внедрения в хромосому, называются ингибиторами переноса цепи интегразой (ИНИ). На сегодняшний день в клинической практике одобрено и широко применяется несколько поколений таких препаратовHIV Integrase Inhibitors: 20-Year Landmark and Challenges / Adv Pharmacol. 2013;67:75-105. ISSN 1054-3589, PMID 23885999.: Ралтегравир (RAL, Исентресс) — первый препарат класса, одобренный в 2007 году; Элвитегравир (EVG) — одобрен в 2012 году (используется в комбинации с фармакокинетическим усилителем кобицистатом); Долутегравир (DTG, Тивикай) — препарат второго поколения (2013 год); Биктегравир (BIC) — препарат второго поколения (2018 год); Каботегравир (CAB) — препарат длительного действия, применяемый в виде инъекций.
Примечания
Ссылки Retroviral Integrase Structure and DNA Recombination Mechanism. / Microbiol Spectr. 2014;2(6):1-22. Retroviral integrase proteins and HIV-1 DNA integration. / J Biol Chem. 2012 Nov 30;287(49):40858-66. Retroviral Integrase, Putting the Pieces Together / The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, 1996
Категория:Ферменты Категория:Ретровирусы Категория:Вирус иммунодефицита человека