NMR DYNAMICS STUDY OF CHEMICAL ANALOGUES OF HIV-1 PROTEASE

HIV-1 蛋白酶化学类似物的核磁共振动力学研究

基本信息

  • 批准号:
    7954643
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 0.47万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-03-01 至 2010-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This subproject is one of many research subprojects utilizing the resources provided by a Center grant funded by NIH/NCRR. The subproject and investigator (PI) may have received primary funding from another NIH source, and thus could be represented in other CRISP entries. The institution listed is for the Center, which is not necessarily the institution for the investigator. Total chemical synthesis was used to prepare a series of unique chemical analogues of HIV-1 protease, where we systematically substituted the residues Gly51, Gly51' at the tips of the mobile 'flaps' (residues 37-61 in each domain of the protein homodimer) with L-Ala, D-Ala or Aib (alpha-aminoisobutyric acid) in both symmetric and asymmetric fashion. Such substitutions, although in regions distant from the catalytic aspartates, led in most cases to reduction of catalytic activity. In contrast to this, a 'covalent dimer' with L-Ala51 in one flap and D-Ala51' in another flap has shown native-like enzyme activity. We used continuous-wave and pulse EPR to characterize dynamic properties of flaps in spin-labeled analogues and found that the thermodynamic balance of the closed, semi-open and open ensembles (with respect to flaps) in HIV-1 protease analogues is perturbed in comparison to that of wild-type enzyme.We interpreted our results on the basis of Northrop's 'kinetic isomechanism' for aspartic proteases which employs a low-barrier hydrogen bond (LBHB) as the central part of the concept. We have developed Northrop's concept further to take into account dynamic properties of the protein and the non-equivalence of the flaps in the ligand-bound enzyme. We proposed a mechanical coupling of motions of the flaps and the catalytic residues Asp25 and Asp25'. On a mechanistic level, opening of the flaps corresponds to shortening of the distance between catalytic residues Asp25 and Asp25' thus promoting formation of the LBHB, and vice versa.Our goal is to employ NMR methods to detect and unambiguously prove presence of LBHB. In addition we would like to determine ionization states of catalytic residues for chemical analogues which demonstrate distinctly different protein dynamics and thus attempt to correlate dynamic properties of the enzyme with its chemical mechanism.
这个子项目是许多研究子项目中的一个 由NIH/NCRR资助的中心赠款提供的资源。子项目和 研究者(PI)可能从另一个NIH来源获得了主要资金, 因此可以在其他CRISP条目中表示。所列机构为 研究中心,而研究中心不一定是研究者所在的机构。 利用全化学合成法制备了一系列独特的HIV-1蛋白酶的化学类似物,其中我们以对称和不对称的方式系统地用L-Ala、D-Ala或Aib(α-氨基异丁酸)取代了移动的“瓣”末端的残基Gly 51、Gly 51 '(蛋白质同源二聚体的每个结构域中的残基37-61)。这样的取代,虽然在远离催化剂的区域,在大多数情况下导致催化活性的降低。与此相反,在一个瓣中具有L-Ala 51和在另一个瓣中具有D-Ala 51 '的“共价二聚体”显示出天然样酶活性。我们使用连续波和脉冲EPR来表征自旋标记类似物中瓣的动力学性质,半开放式和开放式合奏与野生型酶相比,HIV-1蛋白酶类似物中的(相对于瓣)受到扰动。我们解释了我们的结果,其基础是Northrop的天冬氨酸蛋白酶的“动力学等机械”,该酶采用低势垒氢键(LBHB)作为概念的核心部分。我们进一步发展了诺斯罗普的概念,考虑到蛋白质的动态特性和配体结合酶中瓣的非等效性。我们提出了一个机械耦合运动的皮瓣和催化残基Asp 25和Asp 25 '。在机理水平上,翼片的打开对应于催化残基Asp 25和Asp 25 '之间的距离的缩短,从而促进LBHB的形成,反之亦然。此外,我们想确定的化学类似物,表现出明显不同的蛋白质动力学的催化残基的电离状态,从而试图关联的酶与其化学机制的动态特性。

项目成果

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