Модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand

С использованием данных спектроскопии ЯМР, опубликованных в литературе, построена модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand. Определены элементы ее вторичной структуры и конформации нерегулярных сегментов. Исследованы конформационные возможности фрагмента,...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2003
Main Author:	Андрианов, А.М.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2003
Series:	Біополімери і клітина
Subjects:	Структура та функції біополімерів
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/156690
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand / А.М. Андрианов // Вiopolymers and Cell. — 2003. — Т. 19, № 6. — С. 492-498. — Бібліогр.: 35 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-156690
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1566902025-02-23T17:21:24Z Модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand Модель тривимірної структури основної антигенної детермінанти білка gp120 HIVThaiIand 3D structure model for the principal neutralizing determinant of the HIVThailand protein gp120 Андрианов, А.М. Структура та функції біополімерів С использованием данных спектроскопии ЯМР, опубликованных в литературе, построена модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand. Определены элементы ее вторичной структуры и конформации нерегулярных сегментов. Исследованы конформационные возможности фрагмента, формирующего иммунодоминантный эпитоп вируса. Полученные результаты обсуждены вместе с известными данными о пространственной организации гомологичного участка белка gp120 HIVMN З використанням даних спектроскопії ЯМР, опублікованих у літератури побудовано модель тривимірної структури основної антигенної детермінанти білка gp120 HIVThailand. Визначено елементи її вторинної структури і конформації нерегулярних сегментів. Досліджено конформаційні можливості фрагмента, який формує імунодомінантний епітоп вірусу. Отримані результати обговорюються разом з відомими даними щодо просторової організації гомологічної ділянки білка gp120 HIVMN 3D structurl model for Hit; principal neutralizing determinant of the HIVThailand protein gp120 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 HIVMN protein gp120 homologous site. 2003 Article Модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand / А.М. Андрианов // Вiopolymers and Cell. — 2003. — Т. 19, № 6. — С. 492-498. — Бібліогр.: 35 назв. — рос. 0233-7657 DOI:http://dx.doi.org/10.7124/bc.000679 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/156690 577.322.5:543.25 ru Біополімери і клітина application/pdf Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Структура та функції біополімерів Структура та функції біополімерів
spellingShingle	Структура та функції біополімерів Структура та функції біополімерів Андрианов, А.М. Модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand Біополімери і клітина
description	С использованием данных спектроскопии ЯМР, опубликованных в литературе, построена модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand. Определены элементы ее вторичной структуры и конформации нерегулярных сегментов. Исследованы конформационные возможности фрагмента, формирующего иммунодоминантный эпитоп вируса. Полученные результаты обсуждены вместе с известными данными о пространственной организации гомологичного участка белка gp120 HIVMN
format	Article
author	Андрианов, А.М.
author_facet	Андрианов, А.М.
author_sort	Андрианов, А.М.
title	Модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand
title_short	Модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand
title_full	Модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand
title_fullStr	Модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand
title_full_unstemmed	Модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand
title_sort	модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 hivthailand
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate	2003
topic_facet	Структура та функції біополімерів
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/156690
citation_txt	Модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand / А.М. Андрианов // Вiopolymers and Cell. — 2003. — Т. 19, № 6. — С. 492-498. — Бібліогр.: 35 назв. — рос.
series	Біополімери і клітина
work_keys_str_mv	AT andrianovam modelʹtrehmernojstrukturyosnovnojantigennojdeterminantybelkagp120hivthailand AT andrianovam modelʹtrivimírnoístrukturiosnovnoíantigennoídetermínantibílkagp120hivthaiiand AT andrianovam 3dstructuremodelfortheprincipalneutralizingdeterminantofthehivthailandproteingp120
first_indexed	2025-11-24T02:43:31Z
last_indexed	2025-11-24T02:43:31Z
_version_	1849637954554691584
fulltext	ISSN 0233-7657. Біополімери і клітина. 2003. Т. 19. № 6 СТРУКТУРА І ФУНКЦІЇ БІОПОЛІМЕРІВ Модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gpl20 HIV T h a i l a n d А. М. Андрианов Институт биоорганической химии НАН Беларуси Ул. Академика Купревича, 5 / 2 , Минск, 220141, 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 конфор- мационные 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 лечения СПИДа . 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 gp l20 [1]) показал [2] , что, несмотря на высокий уровень мутаций, пер вичная структура ее отдельных участков сохраня ется в большинстве исследованных вирионов HIV- 1. Этот факт позволяет рассматривать данный фрагмент в качестве конструктивной основы для разработки противовирусной вакцины [3, 4 ] , что придает особую актуальность работам по изучению принципов его пространственной организации (см. например, [5—7]) . Цель настоящего сообщения состояла в опреде лении по данным спектроскопии ЯМР локально точной трехмерной структуры ОАД H I V x h a i I a o d и в ее сопоставлении с конформацией соответствующего фрагмента белка gp l20 H I V M N [8] . Очевидно, чтобы получить точную и достовер ную информацию о пространственной структуре ОАД H I V T h a i l a o d , формирующей конформационно лабильный участок белка gp l20 [6, 9 ] , необходимо осуществить систематический поиск в конформаци- онном 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 кон- формаций фрагмента. В работе предпринята попытка выполнить де тальный конформационный анализ ОАД H I V T h a i I a o d с помощью разработанного ранее расчетно-теорети- ческого метода [10, 11] , в котором для решения комбинаторной задачи применен ряд приемов [12—15] , позволяющих значительно сократить требуемую для «просмотра» область конформаци- онного пространства. Ранее автором [16, 17] сообщены результаты теоретического исследования трехмерной структу ры фрагмента 13—24 ОАД H I V X h a l l a n d , аминокислот ная последовательность которого включает участок Gly-Pro-Gly-Gln-Val-Phe, формирующий ИДЭ ви руса [19] . (Здесь и далее используется нумерация остатков синтетического пептида [18] , аминокис лотная последовательность которого на участке 2— 36 совпадает с первичной структурой ОАД белка 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 T h a i \| a n d и H I V M N — субтипы HIV-1, выделенные у вирусоносителей из Таиланда и США (штат Миннесота) соответственно; ОАД — основная антигенная детерминанта; ИДЭ — иммунодоминантный эпитоп. © А. М. А Н Д Р И А Н О В , 2 0 0 3 492 МОДЕЛЬ Т Р Е Х М Е Р Н О Й С Т Р У К Т У Р Ы Д Е Т Е Р М И Н А Н Т Ы БЕЛКА g p l 2 0 HIV gpl20 H I V x h a i l a n d . ) 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 конформационном пространстве всех структур, согласующихся с данными спектроскопии ЯМР и энергетическими критериями [20]. Моделирование пространственной структуры ОАД H I V x h a i I a o d 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 CONFNMR [17, 21 ] . 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 x h a i l a n d . 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 ]. Для 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 функции F вида [10, 11 ] F^^^iDf-Djf + ^a^Of-eff, (1) где /?, и а. — весовые множители; D? и Д т — соответственно вычисленное и требуемое значения расстояний между заданной г-й парой атомов S-S- мостика; 0; в и в; с — 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 функции E=U + F, (2) включавшей конформационную энергию (U) и штрафной потенциал (F). На этапе энергетическо го уточнения, состоявшего из 10 последовательных циклов, параметр а} в штрафной функции (1) был принят равным нулю, а значения весовых множи телей fa для каждого последующего цикла умень шали в два раза. При этом каждый раз использо вали стартовые значения углов ф,ір, %•> полученные на предыдущем шаге. На последнем цикле уточне ния была проведена «свободная» минимизация кон- формационной 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 кон- формационных 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 ]. Для 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 , 0 (в скобках указаны величины стандартных отклонений). Для идентификации ^-изгибов использовали классификацию, предложенную Льюисом и соавт. [29] . При определении инверсных у-изгибов при влекали критерии, описанные в работе [30] . Р е з у л ь т а т ы и о б с у ж д е н и е . Энергетически предпочтительные конформации 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- 493 А Н Д Р И А Н О В А. М. Двугранные углы основной цепи, использованные в качестве начального приближения для расчета пространственной структуры ОАД ШУтьаНапа 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 T h a i \| a n ( 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] {da^-^ t / N N - и с^-связи — 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 [12] ) ; З из-за 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 [24] ; 4а — стандартные отклонения двугранных углов от их взвешенных средних значений, оцененные для соответствующих областей конформационного пространства [17] на основе данных рентгеноструктурного анализа белков высокого разрешения [12 ] ; 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)). 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 gp l20 H I V T h a U a o d , их объединили в один кластер подобных конформеров (рис. 1), содержа щий информацию о ее динамических и конформа- ционных свойствах в растворе. Согласно полученным данным (рис 2) , ОАД белка gp l20 H I V x h a i I a Q d формирует на N-конце один виток спирали 3 1 0 (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-спирали. Анализ структур- 494 МОДЕЛЬ Т Р Е Х М Е Р Н О Й С Т Р У К Т У Р Ы Д Е Т Е Р М И Н А Н Т Ы БЕЛКА g p ! 2 0 HIV Рис. 1. Стереоизображение пространственной укладки остова основной антигенной детерминанты белка g p l 2 0 H I V x h a i i a o d в лучшей по значению внутримолекулярной энергии конформации. Отмечены остатки цистеина, замыкающие петлю V3 на дисульфидный мостик [ 1 ] , а также участок, формирующий иммунодоминантный эпитоп вируса [19] . В приведенной структуре гексапептид Gly-Pro-Gly-Gln-Val-Phe образует инверсный у-изгиб (остатки 16—18) , переходящий в нестандартный ^-поворот IV (18—21) ных параметров центральной области петли V3 (гексапептид Gly-16-Pro-17-Gly-18-Gln-19-Val-20- Phe-21) приводит к выводу, сделанному ранее [16, 17] в результате конформационного ЯМР анализа фрагмента 13—24 ОАД H I V x h a i I a o d : на данном участ ке вероятна реализация пяти конформеров, пред ставляющих различные комбинации перекрываю щихся изгибов полипептидной цепи (рис 2) . При этом в двух конформерах трипептид Gly-16-Pro- 17-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 фикацию ИДЭ антителами. Как видно из рис. 2, во всех расчетных струк турах остаток Phe-21 входит в состав спирали 3 1 0 (сегмент 21—23). Известно [31] , что перекрываю щиеся изгибы, расположенные на 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 gpl20 в вирионах H I V T h a l I a Q d (рис. 2) и H I V M N [8] позволяет выделить консервативные фрагменты на N-конце петли V3 и в ее центральной области. Так, в обоих субтипах вируса N-концевой трипеп тид, включающий участок N-гликозилирования 1 5 10 15 20 25 30 35 CCTRPSNNTRTSITIGPCQVFYRTGBIIGDIRKAYC вплг <JL > tJL 'JUL < tUL Р и с 2. Элементы вторичной структуры основной антигенной детерминанты (ОАД) белка g p l 2 0 H I V x h a U a n d : черный прямо угольник — правая а-спираль; перечеркнутый прямоуголь ник — спираль 3jо; двойная стрелка — «вытянутая» конформа- ция; вертикальная стрелка — центральный остаток инверсного у-изгиба; «колодец» — /?-изгиб III; «башня» — /?-изгиб IV. Циф рами 1—5 обозначены конформеры гексапептида Gly-Pro-Gly- Gln-Val-Phe, отобранные посредством энергетической диффе ренциации различных структурных вариантов фрагмента 13— 24 ОАД HIVxhaUand П 6 , 17] и оставшиеся в списке его вероят ных конформации в результате построения полной трехмерной структуры петли V3 495 А Н Д Р И А Н О В А. М. (остаток Asn) , 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 gp l20 H I V M N . Согласно проведенным исследованиям, в обоих суб типах HIV-1 конформационные состояния гекса- пептида 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 gpl20 в двух субтипах HIV-1 , необходимо также отметить, что С-концевой сегмент ОАД H I V M N образует в водном растворе конформацию ^-изгиба, переходящую в правую а-спираль при добавлении трифторэтанола [8 ]. Исследование вторичной структуры ОАД H I V T h a U a o d 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 ЯМР (см. например, работу [33]) . Таким образом, полученные в результате мо делирования трехмерной структуры ОАД H I V T h a i I a n d данные согласуются со сделанным ранее [16, 17] предположением о том, что пептидная цепь ИДЭ HIV-1 обладает свойствами метастабильного олиго- пептида, который в зависимости от субтипа вируса принимает в качестве доминирующей одну из кон- формаций, представленных в растворе (рис. 2) . К сожалению, в случае вирионов H I V T h a i I a o d имеющи еся в литературе опытные данные содержат недо статочно сведений для однозначного установления иммунореактивной конформации ИДЭ, однако их анализ, выполненный с учетом рассмотренных вы ше результатов, позволяет осуществить подобную оценку для вирусных частиц H I V M N . Сопоставление вероятных конформеров участка Gly-Pro-Gly-Gln- Val-Phe (рис 2) с рентгеновскими конформациями гомологичных фрагментов пептидов гр і42 [34] и a ib l42 [35] , включающих область связывания бел ка gp l20 H I V M N с антителами, показывает, что конформер 3 (рис 2) формирует структуру, реали зующуюся при образовании комплекса вирусный антиген—антитело. Данный факт доказывает, что именно эта конформация, наблюдаемая, согласно проведенным расчетам, в обоих субтипах HIV-1 [16, 17] , ответственна за присутствие в антисыво ротке клона антител, инактивирующих вирионы H I V M N . Этот вывод коррелирует с величиной до ступной растворителю площади поверхности, вы численной для фрагмента His-Ile-Gly-Pro-Gly-Arg- Ala-Phe-Tyr -Thr 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 2 , в то время как соответствующее значение в расчетной конформации гр142 равно 455 А 2 . Очевидно, эти данные указывают на наличие структурных пред посылок, необходимых для реализации результа тивных взаимодействий пептида с антителами. Приведенные данные о конформации ОАД H I V T h a i I a n d существенно отличаются от результатов работы [18 ], в которой модель ее пространственной структуры построена на основе спектральных пара метров ЯМР методом динамической имитационной обработки (simulated anneal ing) . Сопоставление структур, проведенное с использованием статисти ческих методов (см., например, обзор [20]) , свиде тельствует о значительных расхождениях между ними: согласно критерию # 2 , 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 выше). Сравнительный анализ качества струк тур, в котором для оценки точности их определе ния были привлечены два критерия — соответствие геометрических параметров экспериментальным ограничениям и локализация аминокислотных ос татков в стерически разрешенных областях про странства (ф, гр) — показывает, что, в отличие от данных работы [18] , использование подхода [10] позволило провести корректное согласование спек тральных и структурных характеристик ОАД H I V x h a H a n d . Анализ полученных результатов свиде тельствует о том, что конформационные характе ристики построенной модели согласуются с исполь зованными в расчетах экспериментальными огра ничениями. Значения 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 - , dm- и ^ - с в я з я х [18] . В частности, среднеквадратичное 496 МОДЕЛЬ Т Р Е Х М Е Р Н О Й С Т Р У К Т У Р Ы Д Е Т Е Р М И Н А Н Т Ы БЕЛКА g p ! 2 0 HIY отклонение между углами ф, гр стартовой конфор мации и расчетной структуры с энергией Е07И = = 0 ккал /моль (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 яв ляются причиной изменений областей остатков, отвечающих стартовой структуре, и, следователь но, не нарушают геометрических ограничений, за данных на основе данных спектроскопии ЯМР [18 ]. Аналогичный вывод можно сделать относительно дисульфидного мостика Cys-2—Cys-36, геометри ческие параметры которого близки к эксперимен тальным значениям: r s s = 2,04, rc s = 3,05, rc.= 3,85 А (см., например, [24]) . При этом связь (7-S находится относительно связи S-S в гош-положе- нии (двугранный угол # s s близок к 90°), отвечаю щем минимуму торсионного потенциала. Результаты всестороннего тестирования веро ятностного подхода [10—12, 20 ] , проведенного с привлечением модельных и реальных данных спек троскопии ЯМР, дают основание утверждать [20] , что точность определения трехмерной структуры ОАД H I V X h a i I a Q d (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 кон- формаций ОАД H I V T h a U a n d , 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 gpl20 в растворе. Выводы. Суммируя результаты исследования пространственной структуры ОАД H I V x h a i l a n d , авто ром были сделаны следующие выводы. N - и С-концевые области ОАД белка gp l20 H I V X h a i l a o d образуют в растворе свернутые структу ры, в то время как фрагменты, примыкающие к ее центральному гексапептиду Gly-Pro-Gly-Gln-Val- Phe — вытянутые конформации. В центральной области петли V3, формирую щей ИДЭ HIV-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 T h a i I a o d и H I V M N содержат два струк турно консервативных фрагмента: конформацион- ные свойства участка N-гликозилирования и сег мента, ответственного за взаимодействие вируса с антителами, близки в обоих субтипах HIV-1 . Структура двойного ^-изгиба — наиболее веро ятная иммунореактивная конформация ИДЭ белка gp l20 H I V M N . Работа поддержана Белорусским республикан ским фондом ф у н д а м е н т а л ь н ы х исследований (грант Х01—066). А. М. Andrianov 3D structure model for the principal neutralizing determinant of the H I V T b a « l a o d P r o t e i n S P 1 2 0 Summary 3D structurl model for tlie principal neutralizing determinant of tlie ^ ^ T h a i i a o d Protein 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 HIVMN protein gp!20 homologous site. 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 HIVThailand. 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 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 (gpl20) expressed in Chinese hamster ovary cells / / J. Biol. Chem.—1990.—265.—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 / / Science.—1990.—249.— P. 932—935. 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 11 .—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 А Н Д Р И А Н О В А. М. В. Diversity considerations in HIV-1 vaccine selection / / Science.—2002.—296.—P. 2354—2362. 5. 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 % trifluoroetha- nol/water solution / / Eur. J. Biochem.—2001.—268, N 9.— P. 2620—2628. 6. Huisman J. G., Carotenuto A., Labrijn A F., Papavoine C. #., Laman J. D., Schellekens M. M.f 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 35.— P. 10866—10876. 7. 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. 8. 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. 931—953. 9. 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 38.— P. 9187—9194. 10. 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 Dynam.—1988.—5.—P. 785—801. 11. Шерман С. А , Андрианов A M., Ахрем А. А. Конфор- мационный анализ и установление пространственной стру ктуры белковых молекул.—Минск: Наука и техника, 1989.—240 с. 12. 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 Dynam.—1987.—B4, N 5 .—P. 869—884. 13. 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, biophys.—1990.—135.—P. 107—114. 14. Андрианов A. M. Конформационный анализ боковых це пей белков на основе данных двумерной спектроскопии ядерного эффекта Оверхаузера / / Молекуляр. биология.— 1991.—25, № 2.—С. 348—357. 15. Sherman S. A , Johnson М. Е. Determination of locally accurate solution protein structures and unambiguous stereo- specific 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. 62—67. 16. Андрианов A. M. Структура и конформационные свойства иммунодоминантного эпитопа белка g p l 2 0 H I V x h a U a n d / / Молекуляр. биология.—2002.—35, № 4.—С. 715—724. 17. Andrianov А. М. Local structural properties of the V3 loop of Thailand HIV-1 isolate / / J. Biomol. Struct, and Dynam.— 2002.—19, N 6.—P. 973—990. 18. 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 Dynam.—1993.—11.— P. 345—366. 19. Javaherian K., Langlois A LaRosa G. /., Profy А Т., Bolognesi D. P., Herlihy W. C , Putney S. D., Matthews T. J. Broadly neutralizing antibodies elicited by the hypervariable neutralizing determinant of HIV-1 / / Science.—1990.—250.— P. 1590—1593. 20. Sherman S. A , Johnson M. E. Derivation of locally accurate spatial protein structure from NMR data / / Progr. Biophys. and Мої. Biol .—1993.—59.—P. 285—339. 21. Андрианов A. M. Конформация третьего домена овому- коида индейки в растворе. Структурный анализ по данным двумерной спектроскопии ядерного эффекта Оверхаузера / / Молекуляр. биология.—1991.—25, № 5.—С. 1215— 1224. 22. 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. 311—319. 23. Wuthrich K. Sequential individual resonance assignments in the H-NMR spectra of polypeptides and proteins / / Biopoly- mers.—1983.—22, N 1.—P. 131—138. 24. Попов E. M. Структурная организация белков.—M.: Нау ка, 1989.—352 с. 25. 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 22 .—P. 2361—2381. 26. 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. 68 .—С. 5—30. 27. Fletcher R.t Powell М. J. D. A rapidly convergent descent method / / Сотр . J .—1963.—6.—P. 163—168. 28. Smith L Bolin K. A., Schwalbe #., M с Arthur 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. 29. Lewis P. N.t Momany F. A., Scheraga Н. A. Chain reversals in proteins / / Biochim. et biophys. acta .—1973.—303.— P. 211—229. 30. 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. 31. Jsogai Y., Nemethy G., Rackovsky S., Leach S. J., Scheraga H. A. Characterization of multiple bends in proteins / / Biopolymers.—1980.—19.—P. 1183—1210. 32. Smith J. A., Pease L J. Reverse turns in peptides and proteins / / CRC Crit. Rev. Biochem.—1980.—8.—P. 315—399. 33. 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 Let t—1995 .—374 .— P. 117—121. 34. Ghiara J. B.f Stura E. A, Stanfield R. L.f Profy A. T.y Wilson I. A. Crystal structure of the principal neutralization site of HIV-1 / / Science.—1994.—264.—P. 82—85. 35. 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. Biol .—1997.—266.—P. 31—42. УДК 577.322.5:543.25 Надійшла до редакції 09.12.02 498

Модель трехмерной структуры основной антигенной детерминанты белка gp120 HIVThailand

Institution

Similar Items