velikost textu

Modulation of HIV-1 Protease Activity

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Modulation of HIV-1 Protease Activity
Název v češtině:
Modulace aktivity HIV-1 proteasy
Typ:
Disertační práce
Autor:
Ing. Jana Pokorná, Ph.D.
Školitel:
doc. RNDr. Jan Konvalinka, CSc.
Oponenti:
prof. MUDr. Aleksi Šedo, DrSc.
prof. Ing. Tomáš Ruml, CSc.
Id práce:
90035
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra biochemie (31-250)
Program studia:
Biochemie (P1406)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
26. 6. 2013
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
proteasy, inhibice, kinetika, iontová síla, mechanismus účinku
Klíčová slova v angličtině:
proteases, inhibition, kinetics, ionic strenth, mechanism of action
Abstrakt:
Abstrakt HIV-1 proteasa hraje zásadní roli v pozdní fázi životního cyklu HIV viru, kdy štěpí virové polyproteinové prekursory na strukturní a funkční proteiny. Pokud je účinně inhibována, HIV partikule zůstávají nezralé a neinfekční. Použití vysoce účinné antiretrovirové léčby (HAART) zahrnující proteasové inhibitory může snížit hladinu HIV-1 v plasmě pacientů pod detekční limit, a tak velmi významně zlepšit prognózu jejich onemocnění. Použití prvních inhibitorů bylo poznamenáno vážnými vedlejšími účinky, nízkou biologickou dostupností, nutnými vysokými dávkami léčiv a především rychlým rozvojem virové rezistence pod selekčním tlakem léčiv. Ve snaze překonat tyto komplikace byla vyvinuta druhá generace inhibitorů. Navzdory nespornému zlepšení, které přinesly do antiretrovirové léčby, je další vývoj nových velmi účinných HIV-1 proteasových inhibitorů s optimálními farmakokinetickými vlastnostmi, vysokou metabolickou stabilitou, minimalizovanými vedlejšími účinky a především s příznivým rezistenčním profilem vysoce žádoucí. V předkládané disertační práci je uveden přehled léků k léčbě HIV spolu s vývojem substituovaných metallakarboranů, nové třídy účinných, neobvyklých, nepeptidických inhibitorů HIV proteasy s terapeutickým potenciálem. Dále je analyzován vliv substitucí v protease na vývoj rezistence vůči maturačnímu inhibitoru bevirimatu. Podle našich poznatků viry s mutovanou proteasou vykazují rozmanitější rezistenční profil k bevirimatu než viry s divokým typem proteasy. Toto pozorování může být vysvětleno různou účinností štěpení Gag substrátu různými proteasami. Konečně, důležitou roli v mnoha biologických procesech hraje regulace enzymové aktivity malými alkalickými kationty. Jejich specifický účinek na aktivitu HIV proteasy byl studován kombinací experimentálních a výpočetních metod. Naše simulace molekulární dynamiky potvrzují, že afinita alkalických kationtů k povrchu HIV proteasy sleduje Hofmeisterovu řadu, především díky interakcím s karboxylovými skupinami aspartátů a glutamátů. V souladu s tímto pozorováním naše experimentální výsledky ukazují, že počáteční rychlost hydrolýzy peptidového substrátu v přítomnosti různých alkalických kationtů v principu sleduje Hofmeisterovu řadu, s výjimkou cesia. Vyšší katalytická účinnost (kcat/KM) v přítomnosti K+ iontů ve srovnání s ostatními alkalickými kationty byla zjištěna v odpovídajích koncentracích solí. Překvapivě byla také pozorována vyšší rychlost štěpení specifického substrátu ve velmi malých koncentracích solí.
Abstract v angličtině:
Abstract HIV-1 protease plays a crucial role in the late state of the life cycle of HIV virus when it cleaves the viral polyprotein precursors into the structural and functional proteins. If it is effectively inhibited, HIV particles remain immature and noninfectious. The application of highly active antiretroviral therapy (HAART) including protease inhibitors can reduce plasma HIV-1 levels below the detection limit in adherent patients and thus dramatically change their life expectancy. The clinical utility of the first inhibitors was limited by severe side effects, low bioavailability, high pill burdens, and rapid development of viral resistance under the selection pressure of HIV antiretrovirals. To overcome these difficulties, second-generation inhibitors were developed. Despite an indisputable improvement they brought to antiretroviral therapy, the development of new highly active HIV-1 protease inhibitors with optimal pharmacokinetic properties, higher metabolic stability, little off-target activity, and particularly, more favorable resistance profiles is still of high importance. This thesis provides an overview of anti-HIV- drugs including development of substituted metallacarboranes, a new class of potent, unusual, nonpeptidic HIV protease inhibitors with therapeutic potential. Next, the impact of protease background on the development of resistance of maturation inhibitor bevirimat is analyzed. Our data suggest that the mutations in the protease influence the level of antiviral resistance towards bevirimat. The viruses with mutated proteases show more diverse resistance profiles compared to those with wild-type protease. These observations can be explained by the different efficiencies of the Gag substrate cleavage by the different proteases. Finally, regulation of enzymatic activity by small alkali cations has an important role in many biological processes. Their specific effects on the HIV protease activity were studied by a combination of experimental and computational techniques. Our molecular dynamic simulations confirm that the affinity of alkali cations to the HIV protease surface follows the Hofmeister series, mostly due to interactions with carboxylate side chain groups of aspartates and glutamates. Accordingly, our experimental data also showed that the initial velocity of peptide substrate hydrolysis in the presence of different alkali cations generally follows the Hofmeister series, with the exception of caesium. The higher catalytic efficiencies (kcat/KM) in the presence of K+ ions in comparison to other alkali cations were observed at corresponding salt concentrations. Furthermore, we observed an unexpected increase in the hydrolysis of a specific substrate at very low salt concentration.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Ing. Jana Pokorná, Ph.D. 1.37 MB
Stáhnout Příloha k práci Ing. Jana Pokorná, Ph.D. 47.2 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Ing. Jana Pokorná, Ph.D. 51 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Ing. Jana Pokorná, Ph.D. 50 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Ing. Jana Pokorná, Ph.D. 313 kB
Stáhnout Posudek oponenta prof. MUDr. Aleksi Šedo, DrSc. 116 kB
Stáhnout Posudek oponenta prof. Ing. Tomáš Ruml, CSc. 162 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 995 kB