Модель трехмерной структуры основной антигенной

Реклама
I S S N 0 2 3 3 - 7 6 5 7 . Біополімери і клітина. 2 0 0 3 . Т. 19. № 6
СТРУКТУРА І ФУНКЦІЇ БІОПОЛІМЕРІВ
Модель трехмерной структуры основной
антигенной детерминанты белка gpl20 HIV
Thailand
А. М. Андрианов
Институт биоорганической химии НАН Беларуси
Ул. Академика Купревича, 5 / 2 , Минск, 2 2 0 1 4 1 , Беларусь
С использованием
данных спектроскопии
ЯМР, опубликованных
в литературе,
построена
модель
трехмерной
структуры основной антигенной детерминанты
белка gpl20 HIVThailand- Определены
элементы ее вторичной структуры и конформации нерегулярных
сегментов. Исследованы
конформационные возможности фрагмента,
формирующего
иммунодоминантный
эпитоп вируса.
Полу­
ченные результаты
обсуждены вместе с известными
данными о пространственной
организации
гомологичного
участка белка gpI20
HIVMN-
Введение. Высокая вариабельность белков оболоч­
ки HIV-1 является главным препятствием на пути
создания эффективных лекарственных препаратов
для профилактики и л е ч е н и я С П И Д а . Поэтому в
последние годы значительные усилия исследовате­
лей направлены на выявление консервативных
фрагментов этих белков и установление их роли в
процессе функционирования вируса. В частности,
поиск консервативных фрагментов в пределах ОАД
HIV-1 (петля V3 белка g p l 2 0 [1]) показал [ 2 ] ,
что, несмотря на высокий уровень м у т а ц и й , пер­
вичная структура ее отдельных участков сохраня­
ется в большинстве исследованных вирионов HIV1. Этот ф а к т позволяет рассматривать данный
фрагмент в качестве конструктивной основы для
разработки противовирусной в а к ц и н ы [3, 4 ] , что
придает особую актуальность работам по изучению
принципов его пространственной организации (см.
например, [5—7]).
Ц е л ь настоящего сообщения состояла в опреде­
лении по данным спектроскопии Я М Р локально
точной трехмерной структуры ОАД H I V
и в ее
сопоставлении с конформацией соответствующего
фрагмента белка g p l 2 0 H I V
[8].
Очевидно, чтобы получить точную и достовер­
ную информацию о пространственной структуре
ОАД H I V
, ф о р м и р у ю щ е й конформационно
x h a i I a o d
M N
T h a i l a o d
лабильный участок белка g p l 2 0 [6, 9 ] , необходимо
осуществить систематический поиск в конформационном пространстве (ф, гр, у) полного распределе­
ния структур, удовлетворяющих теоретическим и
экспериментальным данным. Основным препятст­
вием в реализации указанного подхода является
неизбежный при такой постановке задачи комбина­
торный взрыв, делающий невозможным простое
алгоритмическое вычисление всех вероятных конформаций фрагмента.
В работе предпринята попытка выполнить де­
тальный конформационный анализ ОАД H I V
с помощью разработанного ранее расчетно-теоретического метода [10, 1 1 ] , в котором для решения
к о м б и н а т о р н о й з а д а ч и п р и м е н е н ряд приемов
[ 1 2 — 1 5 ] , п о з в о л я ю щ и х з н а ч и т е л ь н о сократить
требуемую для «просмотра» область конформационного пространства.
Ранее автором [16, 17] сообщены результаты
теоретического исследования трехмерной структу­
ры фрагмента 13—24 ОАД H I V
, аминокислот­
ная последовательность которого включает участок
Gly-Pro-Gly-Gln-Val-Phe, формирующий И Д Э ви­
руса [19]. (Здесь и далее используется нумерация
остатков синтетического пептида [ 1 8 ] , аминокис­
лотная последовательность которого на участке 2—
36 совпадает с первичной структурой ОАД белка
T h a i I a o d
X h a l l a n d
П р и н я т ы е
с о к р а щ е н и я : HIV-1 — вирус иммунодефицита человека типа 1; H I V h |
и HIV
— субтипы HIV-1,
выделенные у вирусоносителей из Таиланда и США (штат Миннесота) соответственно; ОАД — основная антигенная детерминанта;
ИДЭ — иммунодоминантный эпитоп.
T
©
492
А.
М.
АНДРИАНОВ,
2003
a i
a n d
M N
МОДЕЛЬ
gpl20 HIV
. ) В данной статье представлены
результаты расчета полной пространственной
структуры упомянутой аминокислотной последова­
тельности.
Материалы и методы. Метод [10, 11 ] позволя­
ет выполнить прямое (без построения трехмерной
структуры) преобразование спектральных парамет­
ров в двугранные углы аминокислотных остатков,
рассматриваемые как начальное приближение для
поиска в к о н ф о р м а ц и о н н о м пространстве всех
структур, согласующихся с данными спектроскопии
ЯМР и энергетическими критериями [20].
Моделирование пространственной структуры
ОАД H I V
осуществляли в три последователь­
ных этапа. Первый этап — определение наиболее
вероятных значений двугранных углов фрагмен­
та — был выполнен ранее [17] с помощью вероят­
ностного подхода [12], реализованного в компью­
терной программе C O N F N M R [17, 2 1 ] . Необходи­
мые для этой цели экспериментальные данные
заимствованы из работы Гупты и соавт. [18] (под­
робности см. в сообщении [17]).
Установленную таким образом конформацию
полипептидной цепи (таблица) использовали как
стартовую на втором этапе расчета, в результате
реализации которого построена геометрическая мо­
дель пространственной укладки ОАД H I V
. С
применением программы SG [11] моделировали
структуры, удовлетворяющие экспериментальным
геометрическим ограничениям — стартовым значе­
ниям углов внутреннего вращения (таблица) и
геометрии замыкания дисульфидной связи Cys-2—
Cys-36 [1 ]. Д л я замыкания S-S-мостика, обеспечи­
ваемого системой штрафных потенциалов [25],
осуществляли перебор возможных значений углов %\
цистеиновых остатков в окрестностях 60, 180 и
-60°. В каждой исходной конформации проводили
минимизацию штрафной ф у н к ц и и F вида [10, 11 ]
xhailand
x h a i I a o d
x h a i l a n d
F^^^iDf-Djf
+ ^a^Of-eff,
(1)
т
где /?, и а. — весовые множители; D? и Д —
соответственно вычисленное и требуемое значения
расстояний между заданной г-й парой атомов S-Sмостика; 0 и в — вычисленное и стартовое зна­
чения /-го угла внутреннего вращения.
В результате расчетов отобраны 26 структур,
уточняемых на третьем этапе, выполненном с по­
мощью программы SE [11 ] в виде последовательно­
го процесса минимизации целевой ф у н к ц и и
в
;
с
;
E=U
+ F,
(2)
включавшей конформационную энергию (U) и
штрафной потенциал (F). Н а этапе энергетическо­
го уточнения, состоявшего из 10 последовательных
ТРЕХМЕРНОЙ
СТРУКТУРЫ
ДЕТЕРМИНАНТЫ
БЕЛКА
gpl20
HIV
циклов, параметр а в штрафной ф у н к ц и и (1) был
принят равным нулю, а значения весовых множи­
телей fa для каждого последующего ц и к л а умень­
шали в два раза. При этом к а ж д ы й раз использо­
вали стартовые значения углов ф,ір, %•> полученные
на предыдущем шаге. Н а последнем ц и к л е уточне­
ния была проведена «свободная» м и н и м и з а ц и я конформационной энергии рассматриваемых структур,
приведшая к их заметной энергетической диффе­
ренциации. В результате такого многоступенчатого
процесса уточнения для дальнейших исследований
были отобраны пять наиболее перспективных по
величине внутримолекулярной энергии структур,
сохранивших при «свободной» оптимизации конформационных параметров характеристики, вве­
денные в качестве ограничений на втором этапе
расчета.
Конформационный анализ выполняли в пред­
положении жесткой валентной схемы пептидов со
стандартной геометрией аминокислотных остатков.
Параметры для вычисления энергии невалентных и
электростатических взаимодействий, водородных
связей и торсионных вкладов взяты из работы [26 ].
Д л я минимизации конформационной энергии при­
меняли метод Давидона—Флетчера—Пауэлла [27 ].
В качестве критерия отбора конформационно ста­
бильных структур использовали величину энерге­
тического интервала Л = 25 к к а л / м о л ь [10, 11].
Отнесения аминокислотных остатков к различ­
ным типам регулярных вторичных структур выпол­
няли с учетом величин двугранных углов ф,гр [28 ]:
0 = -64,7° (12,8°), V = -39,8° (12,2°) для остат­
ков в а-спирали;
ф = 4 1 2 , 6 ° (41,4°), V = 123,0° (60°) для остат­
ков в «вытянутой» конформации;
0 = - 6 2 , 8 ° (38,0°), V = -16,5° (34,7°) для остат­
ков в спирали 3 , (в скобках у к а з а н ы величины
стандартных отклонений).
Д л я идентификации ^-изгибов использовали
классификацию, предложенную Льюисом и соавт.
[29]. П р и определении инверсных у-изгибов при­
влекали критерии, описанные в работе [30].
Р е з у л ь т а т ы и обсуждение. Энергетически
предпочтительные к о н ф о р м а ц и и анализировали,
сопоставляя их попарно в пространстве двугранных
углов и декартовых координат атомов (см., напри­
мер, монографию [11]). Сравнительный анализ
показал, что, несмотря на локальные различия,
наблюдаемые в центральной области петли V3, все
расчетные структуры характеризуются незначи­
тельным разбросом углов внутреннего вращения и
имеют близкие пространственные укладки поли­
пептидной цепи: среднеквадратичные отклонения
углов внутреннего вращения в полученном ансам}
0
493
АНДРИАНОВ
Двугранные
структуры
А.
М.
углы основной цепи, использованные
ОАД ШУтьаНапа
в качестве
начального
приближения
для расчета
пространственной
П р и м е ч а н и е .
Для остатков Gly-16 и Gly-18 в стартовой модели использовали значения углов внутреннего вращения,
полученные в работе [16] в результате моделирования трехмерной структуры фрагмента 13—24 ОАД H I V h | j ; при формирова­
нии начального приближения для остатков Gly-25 и Gly-29, конформации которых не могут быть установлены однозначно по
данным спектроскопии ЯМР [ 1 2 ] , рассматривали все вероятные минимумы глицинов [ 8 ] , согласующиеся с наблюдаемой в спектрах
ядерного эффекта Оверхаузера системой d-связей [18] {d ^-^ t / - и с ^ - с в я з и — расстояния между амидным протоном остатка (/ +
+ 1) и протонами С^Н, NH и С^Н остатка / — используются для отнесения сигналов протонов в спектрах ядерного эффекта
Оверхаузера [22, 23] и рассматриваются в методе [12] в качестве основной экспериментальной информации для определения
двугранных углов остова исследуемой молекулы, подробности см. в работе [ 1 2 ] ) ; и з - з а отсутствия ^/-связей у С-концевого цистеина
и вследствие этого невозможности определения его двугранных углов в набор стартовых конформации этого остатка включали
основные локальные минимумы, характерные для монопептидов с подвижной боковой цепью [ 2 4 ] ; а — стандартные отклонения
двугранных углов от их взвешенных средних значений, оцененные для соответствующих областей конформационного пространства
[17] на основе данных рентгеноструктурного анализа белков высокого разрешения [ 1 2 ] ; Отклонения двугранных углов ф, гр, от их
стартовых (взвешенных средних) значений, полученные в результате энергетического уточнения структур (приведены данные для
«глобальной» конформации выявленного кластера конформеров (см. текст)).
T
a
ai
an(
N N
З
4
бле конформеров варьируют в интервале 17,3—
22,5°, а соответствующие значения для координат
атомов не превышают 1,8 А. Поэтому для построе­
ния модели, описывающей трехмерную структуру
ОАД белка g p l 2 0 H I V
, их объединили в один
кластер подобных конформеров (рис. 1), содержа­
щий информацию о ее динамических и конформационных свойствах в растворе.
T h a U a o d
494
Согласно полученным данным ( р и с 2), ОАД
белка g p l 2 0 H I V
формирует на N - к о н ц е один
виток спирали 3
(остатки 1—3), переходящей в
близкую по форме остова последовательность из
двух ^-изгибов III—III (остатки 4—7 и 7—10).
Участки 10—14 и 24—31 образуют два «вытяну­
тых» фрагмента, а С-концевой сегмент 32—36 —
конформацию правой а - с п и р а л и . Анализ структурx h a i I a Q d
1 0
МОДЕЛЬ
ТРЕХМЕРНОЙ
СТРУКТУРЫ
ДЕТЕРМИНАНТЫ
БЕЛКА
gp!20
HIV
Рис. 1. Стереоизображение пространственной укладки остова основной антигенной детерминанты белка g p l 2 0 H I V
i
в лучшей
по значению внутримолекулярной энергии конформации. Отмечены остатки цистеина, замыкающие петлю V3 на дисульфидный
мостик [ 1 ] , а также участок, формирующий иммунодоминантный эпитоп вируса [ 1 9 ] . В приведенной структуре гексапептид
Gly-Pro-Gly-Gln-Val-Phe образует инверсный у-изгиб (остатки 1 6 — 1 8 ) , переходящий в нестандартный ^-поворот IV (18—21)
x h a i
ных параметров центральной области петли V3
(гексапептид Gly-16-Pro-17-Gly-18-Gln-19-Val-20Phe-21) приводит к выводу, сделанному ранее [16,
17] в результате конформационного Я М Р анализа
фрагмента 13—24 ОАД H I V
: на данном участ­
ке вероятна реализация пяти конформеров, пред­
ставляющих различные комбинации перекрываю­
щихся изгибов полипептидной цепи ( р и с 2). При
этом в двух конформерах трипептид Gly-16-Pro17-Gly-18 формирует инверсный у-изгиб. В связи с
этим следует отметить, что у-изгибы редко встре­
чаются в белках [30] и, согласно полученным
данным, этот специфический элемент структуры
может участвовать в формировании «конформации
комплексообразования», обеспечивающей иденти­
ф и к а ц и ю И Д Э антителами.
Как видно из рис. 2, во всех расчетных струк­
турах остаток Phe-21 входит в состав спирали 3
(сегмент 21—23). Известно [ 3 1 ] , что перекрываю­
щиеся изгибы, расположенные н а N - или С-конце
спирального участка, образуют экспонированную в
растворитель компактную петлю (рис. 1), что обес­
печивает структурную основу для ее эффективных
взаимодействий с антителами.
Сопоставление вторичных структур ОАД белка
g p l 2 0 в вирионах H I V
(рис. 2) и H I V
[8]
позволяет выделить консервативные фрагменты на
N-конце петли V3 и в ее центральной области.
Т а к , в обоих субтипах вируса N-концевой трипеп­
тид, в к л ю ч а ю щ и й участок N-гликозилирования
1
5
10
15
20
25
30
a o d
35
CCTRPSNNTRTSITIGPCQVFYRTGBIIGDIRKAYC
x h a i I a o d
вплг
<JL
> tJL
'JUL
< tUL
1 0
ThalIaQd
M N
Р и с 2. Элементы вторичной структуры основной антигенной
детерминанты (ОАД) белка g p l 2 0 H I V
: черный прямо­
угольник — правая а-спираль; перечеркнутый прямоуголь­
ник — спираль 3jо; двойная стрелка — «вытянутая» конформация;
вертикальная стрелка — центральный остаток инверсного
у-изгиба; «колодец» — /?-изгиб III; «башня» — /?-изгиб IV. Ц и ф ­
рами 1—5 обозначены конформеры гексапептида Gly-Pro-GlyGln-Val-Phe, отобранные посредством энергетической д и ф ф е ­
ренциации различных структурных вариантов фрагмента 13—
2 4 ОАД HIVxhaUand П 6 , 17] и оставшиеся в списке его вероят­
ных конформации в результате построения полной трехмерной
структуры петли V3
x h a U a n d
495
АНДРИАНОВ
А.
М.
(остаток A s n ) , образует конформацию /?-изгиба,
которая, по-видимому, выполняет роль «сигналь­
ной структуры», необходимой для его узнавания
гликозилтрансферазой [32 ].
Сопоставление структур гексапептидов пока­
зывает, что выявленный для этого участка набор
энергетически предпочтительных конформеров
близок к полученному при изучении трехмерной
структуры пептида гр70 [8 ] — синтетической мо­
лекулы, имитирующей ОАД белка g p l 2 0 H I V .
Согласно проведенным исследованиям, в обоих суб­
типах HIV-1 конформационные состояния гексапептида могут быть описаны наборами конформе­
ров, в которых представлено ограниченное число
топологически близких структурных вариантов
(подробности см. в работе [17]).
Сравнивая вторичные структуры петли V3 бел­
ка g p l 2 0 в двух субтипах H I V - 1 , необходимо т а к ж е
отметить, что С-концевой сегмент ОАД H I V
образует в водном растворе конформацию ^-изгиба,
переходящую в правую а-спираль при добавлении
т р и ф т о р э т а н о л а [8 ]. И с с л е д о в а н и е в т о р и ч н о й
структуры ОАД H I V
подтверждает отмечен­
ную в работе [8] тенденцию к формированию в
С-концевой области петли V3 свернутых структур:
из приведенной на р и с 2 информации видно, что
участок 32—36 принимает конформацию правой
а-спирали, что соответствует данным по исследова­
нию пептидов — фрагментов ОАД HIV-1 методами
спектроскопии Я М Р (см. например, работу [33]).
Т а к и м образом, полученные в результате мо­
делирования трехмерной структуры ОАД H I V
данные согласуются со сделанным ранее [16, 17]
предположением о том, что пептидная цепь И Д Э
HIV-1 обладает свойствами метастабильного олигопептида, который в зависимости от субтипа вируса
принимает в качестве доминирующей одну из конформаций, представленных в растворе (рис. 2). К
сожалению, в случае вирионов H I V
имеющи­
еся в литературе опытные данные содержат недо­
статочно сведений для однозначного установления
иммунореактивной конформации И Д Э , однако их
анализ, выполненный с учетом рассмотренных вы­
ше результатов, позволяет осуществить подобную
оценку для вирусных частиц H I V . Сопоставление
вероятных конформеров участка Gly-Pro-Gly-GlnVal-Phe ( р и с 2) с рентгеновскими конформациями
гомологичных фрагментов пептидов г р і 4 2 [34] и
a i b l 4 2 [35], включающих область связывания бел­
ка g p l 2 0 H I V
с антителами, показывает, что
конформер 3 ( р и с 2) формирует структуру, реали­
зующуюся при образовании комплекса вирусный
антиген—антитело. Д а н н ы й ф а к т доказывает, что
именно эта конформация, наблюдаемая, согласно
MN
MN
T h a U a o d
T h a i I a n d
T h a i I a o d
MN
MN
496
проведенным расчетам, в обоих субтипах HIV-1
[16, 17], ответственна за присутствие в антисыво­
ротке клона антител, инактивирующих вирионы
H I V . Этот вывод коррелирует с величиной до­
ступной растворителю площади поверхности, вы­
численной для фрагмента His-Ile-Gly-Pro-Gly-ArgA l a - P h e - T y r - T h r в энергетически предпочтитель­
ной конформации пептида гр142 [8]: по данным
рентгеноструктурного анализа [34], площадь кон­
тактирующей с ним поверхности FAB-фрагмента
моноклонального антитела составляет 469 А , в то
время как соответствующее значение в расчетной
конформации гр142 равно 455 А . Очевидно, эти
данные указывают на наличие структурных пред­
посылок, необходимых для реализации результа­
тивных взаимодействий пептида с антителами.
Приведенные данные о конформации ОАД
HIV
существенно отличаются от результатов
работы [18 ], в которой модель ее пространственной
структуры построена на основе спектральных пара­
метров Я М Р методом динамической имитационной
обработки (simulated a n n e a l i n g ) . Сопоставление
структур, проведенное с использованием статисти­
ческих методов (см., например, обзор [20]), свиде­
тельствует о значительных расхождениях между
ними: согласно критерию # , различия по углам ф,
и гр статистически значимы, а наибольший вклад в
стандартные отклонения двугранных углов (соот­
ветственно 50,2° и 73°) вносят остатки, для которых
в структуре [18] характерны значительные нару­
шения геометрических ограничений (эти данные
относятся к «глобальной» структуре, показанной на
р и с 1, для остальных конформеров ансамбля вели­
чины стандартных отклонений близки к приведен­
ным в ы ш е ) . Сравнительный анализ качества струк­
тур, в котором для оценки точности их определе­
ния были привлечены два критерия — соответствие
геометрических параметров экспериментальным
ограничениям и л о к а л и з а ц и я аминокислотных ос­
татков в стерически разрешенных областях про­
странства (ф, гр) — показывает, что, в отличие от
данных работы [ 1 8 ] , использование подхода [10]
позволило провести корректное согласование спек­
т р а л ь н ы х и с т р у к т у р н ы х х а р а к т е р и с т и к ОАД
HIV
. Анализ полученных результатов свиде­
тельствует о том, что конформационные характе­
ристики построенной модели согласуются с исполь­
зованными в расчетах экспериментальными огра­
ничениями. З н а ч е н и я двугранных углов ф, гр во
всех отобранных структурах расположены в окре­
стностях локальных минимумов аминокислотных
остатков начальной конформации (таблица), пол­
ностью удовлетворяющей данным о C ? « N - , d и
^ - с в я з я х [18]. В частности, среднеквадратичное
MN
2
2
T h a i I a n d
2
x h a H a n d
m
МОДЕЛЬ
отклонение между углами ф, гр стартовой конфор­
мации и расчетной структуры с энергией Е =
= 0 к к а л / м о л ь (рис. 1) составляет 17,8°. Следует,
однако, отметить, что величины двугранных углов
отдельных остатков выходят за пределы стандарт­
ных отклонений а, рассчитанных в работе [12] для
соответствующих областей пространства (ф, гр)
(таблица). Тем не менее, анализ амплитуды этих
отклонений (таблица) показывает, что они не я в ­
ляются причиной изменений областей остатков,
отвечающих стартовой структуре, и, следователь­
но, не нарушают геометрических ограничений, за­
данных на основе данных спектроскопии Я М Р [18 ].
Аналогичный вывод можно сделать относительно
дисульфидного мостика Cys-2—Cys-36, геометри­
ческие параметры которого близки к эксперимен­
тальным значениям: r = 2,04, r = 3,05,
r .=
3,85 А (см., например, [24]). При этом связь ( 7 - S
находится относительно связи S-S в гош-положении (двугранный угол #
близок к 90°), отвечаю­
щем минимуму торсионного потенциала.
Результаты всестороннего тестирования веро­
ятностного подхода [10—12, 2 0 ] , проведенного с
привлечением модельных и реальных данных спек­
троскопии Я М Р , дают основание утверждать [20],
что точность определения трехмерной структуры
ОАД H I V
(рис. 1) соответствует уровню, ко­
торый обеспечивает метод рентгеноструктурного
анализа белков среднего (2,5—3,0 А) разрешения.
Хотя использованный метод расчета не гаран­
тирует нахождения всех низкоэнергетических конформаций ОАД H I V
, удовлетворяющих экспе­
риментальным данным, установленный в настоя­
щей работе набор расчетных структур более полно
и достоверно (по сравнению с моделью [18]) отра­
жает основные черты пространственной организа­
ции этого функционально важного участка белка
g p l 2 0 в растворе.
Выводы. Суммируя результаты исследования
пространственной структуры ОАД H I V
, авто­
ром были сделаны следующие выводы.
N - и С-концевые области ОАД белка g p l 2 0
HIV
образуют в растворе свернутые структу­
ры, в то время как фрагменты, примыкающие к ее
центральному гексапептиду Gly-Pro-Gly-Gln-ValPhe — вытянутые конформации.
В центральной области петли V 3 , формирую­
щей И Д Э H I V - 1 , наиболее вероятна реализация
нескольких конформеров, один из которых (вероят­
но, доминирующий) определяет специфичность
связывания вируса с антителами.
Аминокислотные последовательности ОАД в
вирионах H I V
и HIV
содержат два струк­
турно консервативных фрагмента: конформацион07И
s
s
c
s
c
s s
XhaiIaQd
T h a U a n d
x h a i l a n d
Xhailaod
T h a i I a o d
M N
ТРЕХМЕРНОЙ
СТРУКТУРЫ
ДЕТЕРМИНАНТЫ
БЕЛКА
gp!20
HIY
ные свойства участка N-гликозилирования и сег­
мента, ответственного за взаимодействие вируса с
антителами, близки в обоих субтипах H I V - 1 .
Структура двойного ^ - и з г и б а — наиболее веро­
ятная иммунореактивная к о н ф о р м а ц и я И Д Э белка
gpl20 HIV .
Работа поддержана Белорусским республикан­
ским фондом фундаментальных исследований
(грант Х01—066).
MN
А. М.
Andrianov
3D structure model for the principal neutralizing determinant of the
H I
r o t e i n
V ba«laod P
T
SP
1 2 0
Summary
3D structurl
model for tlie principal neutralizing determinant of tlie
P otein gpJ20 has been proposed on the basis of NMR
spectroscopy data reported in literature. The elements of the protein
secondary structure and conformations
of the irregular
segments
have been determined.
The conformational
flexibility of a fragment
forming the virus immunodominant
epitope is studied. The results
obtained are discussed
conjointly
with the data on the spatial
structure of the HIV
protein gp!20 homologous
site.
^^Thaiiaod
r
MN
A. M.
Андріанов
Модель тривимірної структури основної антигенної детермінанти
білка g p l 2 0 H I V
T h a i I a n d
Резюме
З використанням
даних спектроскопії
ЯМР, опублікованих
у
літератури
побудовано модель тривимірної
структури
основ­
ної антигенної детермінанти
білка gpl20 HIV .
Визначе­
но елементи її вторинної структури і конформації
нерегуляр­
них сегментів.
Досліджено конформаційні
можливості
фраг­
мента, який формує імунодомінантний
епітоп вірусу.
Отри­
мані результати
обговорюються
разом з відомими
даними
щодо просторової
організації гомологічної
ділянки білка gpl20
Thailand
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
I.Leonard
С. К., Spellman М. W., Riddle L., Harris R. J.,
Thomas J. N., Gregory T. J. Assignment of intra-chain
disulfide bond and characterization of potential glycosylation
sites of the type 1 recombinant human immunodeficiency virus
envelope glycoprotein ( g p l 2 0 ) expressed in Chinese hamster
ovary cells / / J. Biol. C h e m . — 1 9 9 0 . — 2 6 5 . — P . 10373—
10382.
2. LaRosa G.
Davide J. P., Weinhold 1С, Waterbury J. A.,
Profy А. Т., Lewis J. A., Langlois A. J., Dressman G. R.,
Boswell R. N., Shadduk
P., Holley L H., Karplus
M.,
Bolognesi D. P., Matthews T. J., Emini E. A., Putney S. D.
Conserved sequence and structural elements in the HIV-1
principal neutralizing determinant / / S c i e n c e . — 1 9 9 0 . — 2 4 9 . —
P. 9 3 2 — 9 3 5 .
3. Раи C. -P., Kai M., Holloman-Candal
D. L, Luo
C.-C,
Kalish M. L, Schochetman
G., Byers В., George J. R. The
WHO network for HIV isolation and characterization. An­
tigenic variation and serotyping of HIV type 1 from four world
health organization-sponsored HIV vaccine sites / / AIDS Res.
Hum. Retroviruses.—1994.—10, N 1 1 . — P . 1369—1377.
4. Gaschen В., Taylor J., Yusim K., Foley В., Gao F., Lang D.,
Novitsky V., Haynes В., Hahn B. #., Bhattacharya
Т., Korber
497
АНДРИАНОВ
5.
6.
А.
М.
В. Diversity considerations in HIV-1 vaccine selection / /
Science.—2002.—296.—P. 2 3 5 4 — 2 3 6 2 .
Vranken W. F, Fant F., Budesinsky
M., Borremans F. A
Conformational model for the consensus V3 loop of the
envelope protein g p l 2 0 of HIV-1 in 20 % trifluoroethanol/water solution / / Eur. J. Biochem.—2001.—268, N 9.—
P. 2 6 2 0 — 2 6 2 8 .
Huisman J. G., Carotenuto A., Labrijn A F., Papavoine C.
#., Laman J. D., Schellekens M. M. Koppelman
M. #.,
Hilbers C. W. Recognition properties of V3-specific antibodies
to V3 loop peptides derived from HIV-1 g p l 2 0 presented in
multiple conformations / / Biochemistry.—2000.—39, N 3 5 . —
P. 10866—10876.
Wu G., MacKenzie R., Durda P.
Tsang P. The binding of
a glycoprotein 120 V3 loop peptide to HIV-1 neutralizing
antibodies. Structural implications / / J. Biol. Chem.—2000.—
275, N 47.—P. 36645—36652.
Andrianov A. M. Global and local structural properties of the
principal neutralizing determinant of the HIV-1 envelope
protein g p l 2 0 / / J. Biomol. Struct, and Dynam.—1999.—
16.—P. 9 3 1 — 9 5 3 .
Chandrasekhar K., Profy А. Т., Dyson H. J. Solution confor­
mational preferences of immunogenic peptides derived from the
principal neutralizing determinant of the HIV-1 envelope
glycoprotein g p l 2 0 / / Biochemistry.—1991.—30, N 3 8 . —
P. 9 1 8 7 — 9 1 9 4 .
Sherman 5. A , Andrianov A. M., Akhrem A. A. Method of
modeling protein structure by the two-dimensional nuclear
magnetic resonance spectroscopy data; Application to the
proteinase inhibitor BUSI IIA from bull seminal plasma / / J .
Biomol. Struct, and D y n a m . — 1 9 8 8 . — 5 . — P . 7 8 5 — 8 0 1 .
Шерман С. А , Андрианов
A M., Ахрем А. А. Конформационный анализ и установление пространственной стру­
ктуры белковых молекул.—Минск: Наука и техника,
1989.—240 с.
Sherman S. A , Andrianov А М., Akhrem A A. Method of
determining protein conformations by the two-dimensional
nuclear Overhauser enhancement spectroscopy data / / J.
Biomol. Struct, and D y n a m . — 1 9 8 7 . — B 4 , N 5 . — P . 8 6 9 — 8 8 4 .
Andrianov A M., Sherman S. A. Promises of combined use of
molecular mechanics and nuclear Overhauser effect spectros­
copy data in modelling spatial peptide and protein structures / /
Stud, b i o p h y s . — 1 9 9 0 . — 1 3 5 . — P . 1 0 7 — 1 1 4 .
Андрианов A. M. Конформационный анализ боковых це­
пей белков на основе данных двумерной спектроскопии
ядерного эффекта Оверхаузера / / Молекуляр. биология.—
1991.—25, № 2 . — С . 3 4 8 — 3 5 7 .
Sherman
S. A , Johnson М. Е. Determination of locally
accurate solution protein structures and unambiguous stereospecific *H-NMR assignments / / Proteins: Structure, dynamics
and design / Eds V. Renugopalakrishman, P. R. Carey, I. C.
P. Smith, S. G. Huang, A. C. Storer.—Leiden: Esom Sci.
Publ., 1991.—P. 6 2 — 6 7 .
Андрианов A. M. Структура и конформационные свойства
иммунодоминантного эпитопа белка g p l 2 0 H I V
//
Молекуляр. биология.—2002.—35, № 4 . — С . 7 1 5 — 7 2 4 .
Andrianov А. М. Local structural properties of the V3 loop of
Thailand HIV-1 isolate / / J. Biomol. Struct, and Dynam.—
2 0 0 2 . — 1 9 , N 6.—P. 9 7 3 — 9 9 0 .
Gupta G., Anantharamaiah
G. M., Scott D. R., Eldridge J.
#., Myers G. Solution structure of the V3 loop of a Thailand
HIV isolate / / J. Biomol. Struct, and D y n a m . — 1 9 9 3 . — 1 1 . —
P. 3 4 5 — 3 6 6 .
Javaherian K., Langlois A
LaRosa G. /., Profy А Т.,
Bolognesi D. P., Herlihy W. C , Putney S. D., Matthews T. J.
20.
21.
f
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
x h a U a n d
17.
18.
19.
498
34.
35.
Broadly neutralizing antibodies elicited by the hypervariable
neutralizing determinant of HIV-1 / / Science.—1990.—250.—
P. 1 5 9 0 — 1 5 9 3 .
Sherman S. A , Johnson M. E. Derivation of locally accurate
spatial protein structure from NMR data / / Progr. Biophys.
and Мої. B i o l . — 1 9 9 3 . — 5 9 . — P . 2 8 5 — 3 3 9 .
Андрианов
A. M. Конформация третьего домена овомукоида индейки в растворе. Структурный анализ по данным
двумерной спектроскопии ядерного эффекта Оверхаузера
/ / Молекуляр. биология.—1991.—25, № 5 . — С . 1215—
1224.
Wuthrich К., Wider J., Wagner G., Braun W. Sequential
resonance assignments as a basis for determination of spatial
protein structures by high resolution proton nuclear magnetic
resonance / / J. Мої. Biol.—1982.—155, N 3 . — P . 3 1 1 — 3 1 9 .
Wuthrich K. Sequential individual resonance assignments in the
*H-NMR spectra of polypeptides and proteins / / Biopolymers.—1983.—22, N 1.—P. 131—138.
Попов E. M. Структурная организация белков.—M.: Нау­
ка, 1989.—352 с.
Мотапу F. A., McGuire R. F., Burgess A. W., Scheraga Н.
A. Energy parameters in polypeptides. VII. Geometric para­
meters, partial atomic charges, nonbounded interactions, hyd­
rogen bound interactions and intrinsic torsional potentials for
the naturally occuring amino acids / / J. Phys. Chem.—
1975.—79, N 2 2 . — P . 2 3 6 1 — 2 3 8 1 .
Шерман С. А. КОМПАС-86 — комплекс программно-алго­
ритмических средств для исследования пространственной
структуры белков и пептидов. Описание применения и
рекомендации по использованию / / Программное обес­
печение ЭВМ.—Минск: Изд-во Ин-та математики, 1986.—
Вып. 6 8 . — С . 5 — 3 0 .
Fletcher R. Powell М. J. D. A rapidly convergent descent
method / / С о т р . J . — 1 9 6 3 . — 6 . — P . 163—168.
Smith L
Bolin K. A., Schwalbe #., M сArthur M. W.
Thornton J. M., Dobson С. M. Analysis of main chain torsion
angles in proteins: Prediction of NMR coupling constants for
native and random coil conformations / / J. Мої. Biol.—
1996.—255.—P. 494—506.
Lewis P. N. Momany F. A., Scheraga Н. A. Chain reversals
in proteins / / Biochim. et biophys. a c t a . — 1 9 7 3 . — 3 0 3 . —
P. 2 1 1 — 2 2 9 .
Milner-White E. J., Ross В. M., Ismail R., Belhaj-Mostefa
K.,
Poet R. One type of gamma-turn, rather than the other gives
rise to chain-reversal in proteins / / J . Мої. Biol.—1988.—
204.—P. 777—782.
Jsogai Y., Nemethy G., Rackovsky S., Leach S. J., Scheraga
H. A. Characterization of multiple bends in proteins / /
Biopolymers.—1980.—19.—P. 1183—1210.
Smith J. A., Pease L J. Reverse turns in peptides and proteins
/ / CRC Crit. Rev. Biochem.—1980.—8.—P. 3 1 5 — 3 9 9 .
Vranken W. F, Budesinsky
M., Fant F, Boulez K., Bor­
remans F. A. M. The complete consensus V3 loop peptide of
the envelope protein g p l 2 0 of HIV-1 shows pronounced
chelical character in solution / / FEBS L e t t — 1 9 9 5 . — 3 7 4 . —
P. 1 1 7 — 1 2 1 .
Ghiara J. B. Stura E. A, Stanfield R. L. Profy A. T. Wilson
I. A. Crystal structure of the principal neutralization site of
HIV-1 / / Science.—1994.—264.—P. 8 2 — 8 5 .
Ghiara J. В., Ferguson D. C , Satterthwait A. C , Dyson Н.
J., Wilson I. A. Structural-based design of a constrained
peptide mimic of the HIV-1 V3 loop neutralization site / / J .
Мої. B i o l . — 1 9 9 7 . — 2 6 6 . — P . 3 1 — 4 2 .
У Д К 577.322.5:543.25
Надійшла до редакції 09.12.02
t
}
t
f
f
y
Скачать