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Molecola del Mese di Marzo 2011
L'HIV integrasi inserisce in un cromosoma della cellula infettata il DNA
virale ottenuto per retrosintesi dall'RNA genomico del virus HIV
Introduzione
 I
retrovirus, come l'HIV, sono particolarmente insidiosi. La maggior parte
dei virus quando infettano una cellula, la costringono a costruire molte
copie del virus e poi se ne vanno quando la cellula è stata usata.
I retrovirus, invece, causano una infezione che si svolge in tempi
molto più lunghi. Quando penetrano in una cellula usano il loro
genoma di RNA come stampo per sintetizzare una catena di DNA
(operazione chiamata retrosintesi, da cui il nome retrovirus). Poi inseriscono
questo DNA virale all'interno del DNA della cellula ospite.
Il DNA inserito può entrare subito in azione per sintetizzare molte
copie del virus, oppure può rimanere silente aspettando
il momento migliore per iniziare la produzione di nuovi virus. Questa
è una delle ragioni per cui l'HIV è così difficile
da combattere: può restare in attesa nelle cellule infettate per
anni.
Integrazione del DNA
L'integrasi è l'enzima che inserisce il DNA
virale in un cromosoma della cellula. Due copie identiche di integrasi
si legano ai due capi del DNA virale, creando un complesso stabile chiamato
intasoma. L'intasoma poi si lega al DNA cellulare e realizza
la reazione di trasferimento di catena unendo il DNA virale al DNA cellulare.
La struttura mostrata qui a destra (file PDB 3os1)
include quattro subunità di integrasi (due blu e due azzurre)
e tre corti segmenti di DNA che corrispondono ai due capi del segmento
di DNA virale (rossi) e al DNA cellulare (arancione) disposto perpendicolarmente.
Le due subunità di integrasi nel centro (azzurre) contengono
i siti attivi che tagliano e uniscono il DNA, mentre le due subunità
di integrasi esterne (blu) hanno solo un ruolo strutturale.
Farmaci contro l'HIV
I ricercatori che stanno cercando di trovare nuovi
farmaci contro l'HIV hanno individuato tre possibili bersagli: la DNA
polimerasi inversa (l'enzima che sintetizza DNA a partire dall'RNA
genomico del virus), la HIV
proteasi (mol.d.m. giugno 2000) e la HIV integrasi. Il
lavoro sulla HIV integrasi ha portato allo sviluppo di molti farmaci
efficaci come il raltegravir, che è usato attualmente
per trattare l'infezione da HIV. Finora, però, è stato
molto difficile cristallizzare la proteina intera di HIV integrasi e
i suoi complessi col DNA. Le strutture mostrate qui, infatti, sono state
ottenute da un retrovirus simile, PFV, Prototype Foamy Virus,
che è innocuo per l'uomo, ma produce una integrasi quasi identica
a quella di HIV e quindi costituisce un ottimo modello per gli
studi sulla integrazione retrovirale.
Esplorando la struttura
Le strutture di PFV integrasi legate al DNA hanno
svelato i passaggi critici della reazione di integrazione. Le immagini
mostrate qui sotto rivelano due aspetti diversi della struttura.
La seguente immagine mostra alternativamente due strutture:
Nella prima si vede il complesso subito dopo che l'intasoma ha
catturato il DNA bersaglio (file PDB 3os1).
Nella seconda si vede il complesso dopo la reazione di trasferimento
di catena (file PDB 3os0).
Nella prima struttura, la catena di DNA virale è mostrata a sinistra
in magenta (chiaro e scuro), a destra in rosso (chiaro e scuro). Il
DNA della cellula è mostrato in giallo (chiaro e scuro).
Nella seconda struttura, si vede che la
catena magenta più scura del DNA virale si è unita alla
catena di DNA cellulare, mostrata per chiarezza anche questa in magenta
per indicare la continuità di catena tra DNA virale e cellulare.
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Qui sotto sono mostrate le stesse due strutture
viste da dietro per vedere meglio le nuove catene ottenute unendo il
DNA virale a quello cellulare. Qui si può apprezzare sia la continuità
della catena magenta che di quella rossa.
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La prossima immagine rollover mostra un primo piano del sito attivo
della HIV integrasi (file PDB 3oya) che
contiene il farmaco raltegravir (al centro con sfere grigie,
blu e rosse) legato ai due ioni magnesio (verdi) che dovrebbero realizzare
la reazione di taglio del DNA. La struttura rivela che gli inibitori
come raltegravir si legano nel sito attivo ai due atomi di magnesio
(verdi) usando tre atomi di ossigeno (rossi) e quindi impediscono al
filamento di DNA virale (rosa salmone) di entrare in contatto con gli
atomi di magnesio.
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Spunti per ulteriori esplorazioni
1. Potete usare lo strumento "Structure Comparison"
nel sito PDB per confrontare le strutture di PFV integrasi con quelle
di differenti domini di HIV integrasi.
2. Nel sito PDB sono disponibili molte strutture di PFV e HIV integrasi
legate a diversi inibitori. Potete usare lo strumento "Ligand Explorer"
nel sito PDB per esplorare le interazioni di questi inibitori col sito
attivo della integrasi
 Bibliografia
G. N. Maertens,
S. Hare and P. Cherepanov (2010) The mechanism of retroviral integration
from X-ray structures of its key intermediates. Nature 468,
326-329.
S. Hare, A. M. Vos, R. F. Clayton, J. W. Thuring, M. D. Cummings
and P. Cherepanov (2010) Molecular mechanisms of retroviral integrase
inhibition and the evolution of viral resistance. Proceedings of
the National Academy of Sciences USA 107, 20057-20062.
M. Jaskolski, J. N. Alexandratos, G. Bujacz and A. Wlodawer (2009)
Piecing together the structure of retroviral integrase, an important
target in AIDS therapy. FEBS Journal 276, 2926-2946.
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