放射光と中性子を相補的に用いたヒト免疫不全ウイルスプロテアーゼ-阻害剤の立体構造解析

Crystal structure analysis of HIV-1 protease by complementary use of synchrotron radiation and neutron

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*; 安達 宏昭*; 高野 和文*; 森 勇介*; 日高 興士*; 木村 徹*; 林 良雄*; 木曽 良明*; 黒木 良太

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

本研究では、HIV-1プロテアーゼとその医薬品候補分子との分子間相互作用を原子レベルで解明することを目的として、阻害剤KNI-272との複合体の結晶構造解析をX線及び中性子の両方の量子ビームを用いて実施した。最終的に中性子のデータに対しR値19.3%(freeR値22.2%)、X線のデータに対しR値17.3%(freeR値20.3%)まで構造を精密化し、HIV-1プロテアーゼの中性子結晶構造解析に成功した。さらに、SPring-8のBL41XUにおいて、クライオ条件(100K)で分解能0.93の回折データを取得し、プログラムSHELX-97により構造をR値10.4%(freeR値12.4%)にまで精密化した。そして、触媒残基のカルボキシル基の炭素原子と酸素原子の間の結合長を求めた結果、触媒残基の2つのアスパラギン酸(Asp25とAsp125)のうちAsp25のみがプロトン化されていることが示唆され、中性子構造解析の結果と一致した。これらの知見は、HIV-1プロテアーゼの触媒機構の解明及びより親和性の高い医薬品候補分子の創製において重要である。

In this study, we determined crystal structures of HIV-1 protease complexed with inhibitor by neutron and X-ray crystallography. Finally, we refined the structures to R-factor of 17.3% and free R-factor 20.3% by neutron crystallography and to R-factor of 10.4 % and free R-factor 12.4% by X-ray crystallography. The result shows that Asp 25 residue is protonated and Asp 125 is deprotonated. These information is important to resolve catalytic mechanism and design of new potent inhibitor.