HIV - 1 Protease: Insights into Drug Resistance Development

Abstract

Aminokyselinové záměny v HIV proteáze či jejím substrátu, které snižují citlivost k proteázovým inhibitorům, představují celkem složitý problém, který není jasně charakterizován. Četné mechanismy, jakými mnohdy velmi komplikovaná skladba mutací ovlivňuje vazbu inhibitoru, musí nutně být analyzovány na molekulární úrovni, a to nejlépe sérií metod, počínaje experimenty s rekombinantními viry, enzymovými esejemi, strukturálními a termodynamickými studiemi či molekulární dynamikou. Každý výsledek pak může pomoci sestavit dohromady jakousi mozaiku evoluce vzniku rezistence k proteázovým inhibitorům, a tím se nepřímo podílet na vývoji ještě účinnějších léků tzv. třetí generace cílených proti HIV/AIDS. Tato dizertační práce představuje několik analýz zabývajících se vznikem rezistence u HIV viru právě na molekulární úrovni. Zaměřili jsme se konkrétně na evoluční dráhu vedoucí k rezistenci k proteázovému inhibitoru nelfinaviru, dále na tzv. lopinavirové mutační skóre, poté na výskyt aminokyselinových inzercí v genu HIV proteázy a jejich vliv na rezistenci k proteázovým inhibitorům a v neposlední řadě jsme analyzovali vysoce mutované varianty HIV proteázy izolované z pacientů, u kterých již nebyla účinná terapie darunavirem. Jelikož jsme byli schopni pracovat s širokou škálou technik, podařilo se nám...

Amino acid changes within HIV protease or its substrate that decrease the susceptibility to protease inhibitors represent a highly complex issue still not yet fully understood. Various mechanisms by which this often complicated pattern of mutations influence drug binding needs to be analyzed on a molecular level by a series of methods including experiments with recombinant viruses, biochemical enzyme analysis, structural and thermodynamical studies or molecular dynamics. Each result may help to complete the overall picture of protease inhibitor resistance evolution and therefore contribute to the design of more powerful 3rd generation HIV/AIDS drugs. This thesis presents several analyses of HIV resistance development on molecular level. We have focused on the nelfinavir resistance pathway, lopinavir mutation score, emergence of amino acid insertions in HIV protease gene and their contribution to protease inhibitor resistance and finally we analyzed a highly mutated protease species isolated from patients failing darunavir therapy. Since we are able to accomplish a wide combination of techniques, we could explain and put together some pieces of viral evolution considering the final steps of HIV life cycle and also provide knowledge necessary for novel inhibitor design. Aims of the Project There were...