ウイルスCaタンパク質のN末端ドメイン内で同じ部位を結合する2つのHIV-1 Capsidアセンブリ阻害剤ファミリーの明確な効果

既存のクラスの抗レトロウイルス薬に対する耐性の出現には、創薬のための新しいHIV-1標的を見つける必要があります。ウイルスカプシド（CA）タンパク質は、そのような潜在的な新しいターゲットの1つを表します。CAはin vitroで成熟したHIV-1カプシドを形成するのに十分であり、CAの広範な構造機能と変異解析は、成熟カプシドコアの適切なアセンブリ、形態、および安定性がHIV-1ビリオンの感染性に不可欠であることを示しています。ここでは、固定化オリゴヌクレオチドとのCa-NCサブユニットの関連に基づくin vitro Capsidアッセイの開発について説明します。このアッセイは、化合物ライブラリのスクリーニングに使用され、カプシドアセンブリを阻害する化合物のいくつかの異なるファミリーを生成しました。ベンゾジアゼピン（BD）とベンジミダゾール（BM）と呼ばれる2つの化学シリーズの最適化は、野生型および薬物耐性HIV-1に対して強力な抗ウイルス活性を持つ化合物をもたらしました。核磁気共鳴（NMR）分光およびX線の結晶学的分析は、CaのN末端ドメインに結合した一連の阻害剤の両方を示しました。これらの阻害剤は、以前に報告されたCAP阻害剤の結合部位と重複するが、これらの新しいより強力なCA阻害剤によって大幅に拡大されるポケットの形成を誘導します。ウイルス放出および電子顕微鏡（EM）の研究では、BD化合物がビリオン放出を予防するのに対し、BM化合物は成熟カプシドの形成を阻害することが示されました。阻害剤結合ポケットを囲む高度に保存された残基だけでなく、CaのC末端ドメインにもマッピングされた耐性変異のために選択された阻害剤の存在下でのウイルスの通過。2つのシリーズによって選択された抵抗変異は異なり、ポケット内の相互作用の違いと一致しており、ほとんどがウイルスの複製能力を損ないました。耐性変異には2つの作用モードがあり、阻害剤結合親和性に直接影響するか、阻害剤結合に影響を与えることなくウイルスカプシドの全体的な安定性を明らかに増加させた。これらの研究は、CAが実行可能な抗ウイルス標的であることを示しており、CAの同じ部位内で結合する阻害剤が明確な結合モードと作用メカニズムを持つことができることを示しています。

The emergence of resistance to existing classes of antiretroviral drugs necessitates finding new HIV-1 targets for drug discovery. The viral capsid (CA) protein represents one such potential new target. CA is sufficient to form mature HIV-1 capsids in vitro, and extensive structure-function and mutational analyses of CA have shown that the proper assembly, morphology, and stability of the mature capsid core are essential for the infectivity of HIV-1 virions. Here we describe the development of an in vitro capsid assembly assay based on the association of CA-NC subunits on immobilized oligonucleotides. This assay was used to screen a compound library, yielding several different families of compounds that inhibited capsid assembly. Optimization of two chemical series, termed the benzodiazepines (BD) and the benzimidazoles (BM), resulted in compounds with potent antiviral activity against wild-type and drug-resistant HIV-1. Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopic and X-ray crystallographic analyses showed that both series of inhibitors bound to the N-terminal domain of CA. These inhibitors induce the formation of a pocket that overlaps with the binding site for the previously reported CAP inhibitors but is expanded significantly by these new, more potent CA inhibitors. Virus release and electron microscopic (EM) studies showed that the BD compounds prevented virion release, whereas the BM compounds inhibited the formation of the mature capsid. Passage of virus in the presence of the inhibitors selected for resistance mutations that mapped to highly conserved residues surrounding the inhibitor binding pocket, but also to the C-terminal domain of CA. The resistance mutations selected by the two series differed, consistent with differences in their interactions within the pocket, and most also impaired virus replicative capacity. Resistance mutations had two modes of action, either directly impacting inhibitor binding affinity or apparently increasing the overall stability of the viral capsid without affecting inhibitor binding. These studies demonstrate that CA is a viable antiviral target and demonstrate that inhibitors that bind within the same site on CA can have distinct binding modes and mechanisms of action.