Neutron crystal structure analysis of HIV-1 protease complexed with KNI-272

HIV-1プロテアーゼとKNI-272の複合体の中性子構造解析

安達 基泰; 大原 高志   ; 栗原 和男; 玉田 太郎; 本庄 栄二郎; 岡崎 伸生; 新井 栄揮; 正山 祥生; 松村 浩由*; 杉山 成*; 高野 和文*; 森 勇介*; 日高 興士*; 木村 徹*; 林 良雄*; 木曽 良明*; 安達 宏昭*; 黒木 良太

Adachi, Motoyasu; Ohara, Takashi; Kurihara, Kazuo; Tamada, Taro; Honjo, Eijiro; Okazaki, Nobuo; Arai, Shigeki; Shoyama, Yoshinari; Matsumura, Hiroyoshi*; Sugiyama, Shigeru*; Takano, Kazufumi*; Mori, Yusuke*; Hidaka, Koshi*; Kimura, Toru*; Hayashi, Yoshio*; Kiso, Yoshiaki*; Adachi, Hiroaki*; Kuroki, Ryota

HIV-1プロテアーゼの阻害薬は、HIV-1プロテアーゼの構造をもとに作製され、抗エイズ薬の一つとして多剤併用療法の原動力となっている。しかし、薬剤耐性ウイルスの出現のために、より効果的な薬の開発が望まれている。本研究では、HIV-1プロテアーゼと阻害剤の相互作用及び触媒機構の理解をさらに深めるために、阻害剤KNI-272とHIV-1プロテアーゼとの中性子構造解析を実施した。その結果、KNI-272のApnsのカルボニルグループが、プロトン化されたAsp25と水素結合を形成すること、Apnsのヒドロキシルキがプロトン化されていないAsp25と水素結合を形成することが示された。それらの結果は、触媒反応においてAsp25が基質にプロトンを供与し、Asp125は加水分解に使われる水分子を活性化していることを示している。

We have determined a crystal structure of HIV-1 protease by neutron crystallography. The development of HIV-1 protease inhibitors is regarded as a major success of structure-based drug design and contributes to establish highly active anti-retroviral therapy for AIDS. To further understand the catalytic mechanism of HIV-1 protease and interaction between HIV-1 protease and its inhibitor, we have determined the crystal structure of HIV-1 protease in complex with a inhibitor, KNI-272 to 2.3 resolution by neutron crystallography. Our results indicates that the carbonyl group of allophenylnorstatine (Apns) in KNI-272 forms a significant hydrogen bond with protonated Asp 25, and the hydrogen atom from the hydroxyl group of Apns forms a remarkable hydrogen bond with the deprotonated Asp125. These results show direct evidence that Asp25 provides a proton to carbonyl group of substrate and Asp125 contributes to activate the attacking water molecule as a nucleophile.