1.1.2 .Tình hình nhiễm HIV-1
1.2. PROTETASE HIV-1 VÀ ỨNG DỤNG
1.2.7. Ứng dụng các thành tựu nghiên cứu protease HIV-1
Những nghiên cứu đầy đủ về cấu trúc, cấu hình và chức năng của các protease HIV-1 là cơ sở tạo ra các PI đầu tiên vào những năm đầu thập kỷ 90. Thiết kế chất ức chế dựa trên nghiên cứu cấu trúc là ứng dụng lớn nhất của protease giúp kéo dài cuộc sống của bệnh nhân nhiễm HIV/AIDS. Những chất ức chế này đã đƣợc cải biến bằng nhiều cách để chúng ăn khớp chính xác vào vị trí hoạt động của protease HIV-1 (King và tập thể, 2000).
Saquinavir là chất ức chế protease HIV-1 đầu tiên đƣợc thiết kế bởi Cục Quản lý thực phẩm và thuốc của Mỹ (FDA). Cơ sở của thiết kế dựa trên kiến thức về chức năng của protease HIV-1 khơng giống nhƣ các protease khác là có thể cắt các trình tự liên kết giữa Tyr-Pro hoặc Phe-Pro trên chuỗi polypeptide tiền thân của virus. Bởi vì liên kết amide của gốc Pro không dễ bị cắt bởi các endopeptidase của động vật có vú, thiết kế chất ức chế protease dựa trên tiêu chuẩn này sẽ tạo ra các chất có ái lực và đặc hiệu cao. Cùng với saquinavir, indinavir, nelfinavir và ritonavir đều đƣợc thiết kế dựa trên chức năng nhận biết trình tự axit amin này. Phần lớn các chất đều có liên kết tƣơng tự của trình tự Phe-Pro tại vị trí 167 và 168 trên gag-pol (Wlodawer và Vondrasek, 1998; King và tâ ̣p thể, 2000).
Các chất ức chế protease có thể phân chia thành hai nhóm lớn: i) các chất ức chế dựa trên peptide và ii) các chất ức chế không phải peptide (Wlodawer và Vondrasek, 1998). Ở nhóm thứ nhất, chất ức chế giống với cơ chất tự nhiên mang liên kết cắt đặc hiệu của protease HIV-1 (saquinavir, indinavir…). Chúng đƣợc thiết kế giống với dạng
trạng thái trung gian chuyển tiếp tứ diện đƣợc hình thành trong quá trình protease xúc tác. Cấu hình này giúp cho chất ức chế gắn chặt vào trung tâm hoạt động của protease (hình 1.10).
Hình 1.10. Cơ chế thủy phân của protease HIV-1 (Wlodawer và Vondrasek, 1998) 1998)
Một dạng chất ức chế khác thuộc nhóm này dựa trên peptide là các chất không giống với cơ chất tự nhiên của protease mà tận dụng cấu trúc đối xứng đặc hiệu trong trung tâm hoạt động của protease (nhƣ ritonavir) làm tăng cƣờng mức độ ổn định của phức hợp protease và chất ức chế. Phần lớn các chất ức chế dựa trên peptide đều mô phỏng liên kết cơ chất để tạo liên kết hydro với protease. Một loạt các liên kết hydro đƣợc hình thành giữa Ile50 và Ile50’ tại phần đầu của vùng mũ và chất ức chế. Ngoài ra, chất ức chế còn tạo liên kết hydro với Asp25. Trong khi đó, nhóm chất ức chế khơng dựa trên peptide lại gắn với phân tử H2O trong trung tâm hoạt động của protease HIV-1 làm cho protease không gắn đƣợc với polyprotein tiền thân của HIV-1 để thực hiện chức năng của mình. Tuy nhiên, chƣa có chất ức chế nào trong nhóm này đƣợc sử dụng trong thực tế.
Dựa trên cấu trúc và các nghiên cứu kháng thuốc của protease HIV-1 thuộc phân nhóm B, hiện nay các nhà khoa học đang tìm hiểu và so sánh sự khác biệt về kiểu gen và con đƣờng kháng thuốc với các phân nhóm khác khơng phải nhóm B nhằm tối ƣu hóa điều trị cho các bệnh nhân nhiễm HIV-1 kháng thuốc nhóm này (Ariyoshi và tâ ̣p thể, 2003; Abecasisa và tâ ̣p thể, 2005; Bandaranayake và tâ ̣p thể, 2008).
Protease
Cơ chất Trạng thái trung gian chuyển tiếp tứ diện
amin axit
Chất ức chế giống trạng thái chuyển tiếp khơng thể phá vỡ
Tóm lại, các nghiên cứu về các đột biến kháng thuốc trong gen mã hóa của protease HIV-1, tạo chế phẩm protease HIV-1 tái tổ là cơ sở để tìm ra những chất ức chế mới, hiệu quả để điều trị HIV/AIDS.