突变导致HIV-1整合酶活性改变及产生耐药的分子机理研究

发布时间：2017-03-21 07:04

  本文关键词：突变导致HIV-1整合酶活性改变及产生耐药的分子机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：获得性免疫缺陷综合症(AIDS,艾滋病)是由人类免疫缺陷病毒(HIV)感染引起的严重威胁人类健康的传染病。自1981年7月第一例艾滋病在美国发现以来,迄今艾滋病已经导致全球2500万人失去生命。艾滋病目前仍然不能治愈。HIV-1整合酶(Integrase,IN)介导病毒c DNA与宿主细胞基因组整合,是病毒复制所必需的关键酶之一,抑制IN的功能能够有效阻断病毒在宿主细胞内的复制。同时,由于正常人体细胞中没有IN的功能类似物,特异性作用于IN的抑制剂对人体的副作用较小。因此,IN被认为是抗HIV药物研发的理想靶点。IN在体内主要通过催化3’-加工和链转移两步反应实现整合过程。目前,已开发出多种IN抑制剂类药物对艾滋病人进行治疗。在众多IN抑制剂类药物中,靶向抑制链转移反应的二酮酸(DKA)及其类似物是目前治疗效果最好,研究最为成功的一类IN药物。其中Raltegravir,Elvitegravir和Dolutegravir已被美国FDA批准上市。但由于HIV-1逆转录错误率高,病毒极易发生耐药突变。耐药突变是导致IN抑制剂治疗失败的主要原因,因此,新药的研发十分迫切。目前全长的HIV-1 IN晶体结构尚未解析出来,极大地阻碍了耐药机理的研究和新药的研发。本工作首先构建了六个全长的二聚体野生型和突变型HIV-1 IN-v/hDNA复合物模型,然后采用分子对接方法将小分子抑制剂Raltegravir结合到IN-v/hDNA复合物中,最后采用分子动力学(MD)模拟方法研究全长的二聚体IN-v/hDN A复合物的活性,及其与抑制剂Raltegravir的结合模式和相互作用,来阐明突变导致IN活性改变和产生耐药的机理,为进一步研发出对野生型和突变型IN都有抑制效果的新药提供帮助。研究结果表明,突变导致IN活性改变的分子机理有:(1)突变导致IN的催化活性中心残基作用网络变化,干扰了两个Mg2+之间的距离和相对位置,影响IN的活性;(2)突变导致IN的Loop140-143柔性下降,降低了IN的活性;(3)突变导致IN与v/hDNA结合模式变化,影响了IN的活性;(4)突变导致IN的残基间运动相关性改变,干扰了IN-DNA复合物的稳定性,影响IN的活性。突变导致IN对RAL耐药的分子机理有:(1)突变导致IN-DNA与RAL的结合模式改变。这种变化削弱了RAL的抑制效果,继而产生耐药性;(2)突变导致IN催化活性中心残基作用网络变化,影响IN-v/hDNA与RAL结合及IN-v/hDNA_RAL复合物的稳定性,进而影响RAL的抑制作用;(3)突变导致IN的残基间运动相关性改变,影响RAL与IN-v/hDNA的结合模式,进而产生耐药性。本研究对了解突变导致HIV-1 IN的活性改变及耐药的分子机理提供了帮助,并且可为今后HIV-1 IN抑制剂的优化、改造和设计提供有意义的指导。
【关键词】：人类免疫缺陷病毒(HIV) 整合酶 二酮酸抑制剂 突变 耐药机理
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R373
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 艾滋病与HIV概述10-14
• 1.1.1 艾滋病流行现状10
• 1.1.2 HIV-1 的结构及其生活周期10-14
• 1.2 以HIV-1 整合酶为靶点的抗艾滋病研究进展14-19
• 1.2.1 HIV-1 整合酶的结构14-16
• 1.2.2 HIV-1 整合酶的功能16-17
• 1.2.3 影响HIV-1 整合酶功能的因素17-18
• 1.2.4 HIV-1 整合酶抑制剂的研究进展18-19
• 1.3 二酮酸及其衍生物类抑制剂的耐药突变现状19-21
• 1.4 选题意义及研究内容概述21-22
• 第2章 计算机模拟的原理和方法22-34
• 2.1 分子模拟的原理23-30
• 2.1.1 同源模建23
• 2.1.2 分子对接23-25
• 2.1.3 分子动力学模拟25-30
• 2.2 分子模拟的方法30-34
• 2.2.1 同源模建30-31
• 2.2.2 分子对接31
• 2.2.3 分子动力学模拟31-34
• 第3章 全长HIV-1 整合酶模型的构建及突变导致活性改变和产生耐药的分子机理研究34-66
• 3.1 研究背景及意义34
• 3.2 材料与方法34-36
• 3.2.1 体系准备34
• 3.2.2 全长HIV-1 整合酶二聚体模型的构建与验证34-35
• 3.2.3 分子动力学模拟35-36
• 3.2.4 分子对接36
• 3.3 结果与讨论36-66
• 3.3.1 二聚体整合酶复合物模型的构建与评价36-39
• 3.3.2 突变导致整合酶活性变化的分子机理39-55
• 3.3.3 突变导致整合酶产生耐药性的分子机理55-66
• 第4章 结论与展望66-68
• 4.1 结论66-67
• 4.2 展望67-68
• 参考文献68-74
• 附录 DNA核苷酸序列索引74-76
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文76-78
• 致谢78

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 秦浩;高丽;郭军;;抗HIV活性木脂素类化合物研究进展[J];病毒学报;2012年05期

2 刘昕;谭建军;陈慰祖;刘斌;李杉;王存新;;用支持向量机预测HIV-1整合酶抑制剂活性[J];北京工业大学学报;2013年04期

3 刘斌;刘昕;李杉;何红秋;张小轶;谭建军;陈慰祖;王存新;;HIV-1整合酶链转移反应抑制剂的荧光筛选方法[J];中国生物工程杂志;2013年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刘昕;HIV-1整合酶抑制剂筛选及其活性检测方法研究[D];北京工业大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 张娴;黄酮类Vif-A3G拮抗剂的设计与合成[D];大连理工大学;2011年

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4 张美青;计算机辅助设计二酮酸类HIV-1整合酶抑制剂的研究[D];浙江大学;2013年

5 白月霞;以HIV-1整合酶为靶标的三唑衍生物的设计与合成[D];北京工业大学;2013年

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7 郭飞飞;山西省部分地区HIV-1毒株基因变异特征研究[D];中国疾病预防控制中心;2012年

  本文关键词：突变导致HIV-1整合酶活性改变及产生耐药的分子机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：259209