The V3 loop of human immunodeficiency virus type‐1 envelope protein is a high‐affinity ligand for immunophilins present in human blood

Abstract

Human immunodeficiency virus type-1 (HIV-1) infection requires binding of the envelope protein gp120 to host CD4 receptors and the action of the chemokine receptors CXCR4 or CCR5, which define cell tropism. The proline-containing V3 loop of gp120 determines the selection of the chemokine receptor and participates in conformational changes on binding of gp120 to CD4. In this study, we show that macrophage-tropic and T-cell-tropic V3 loop peptides bind specifically to the active site of the immunophilins FK506-binding protein (FKBP12), and cyclophilins A and B. Macrophage-tropic and T-cell-tropic V3 loop peptides inhibited the peptidyl-prolyl cis-trans isomerase (PPIase) activities of the immunophilins. K d values in the range 0.036Ϫ4.1 µM were determined with V3 loop peptides labeled with an environmentally sensitive fluorophore. The observed binding properties of the V3 loop peptides reveal structural motifs of linear water-soluble peptidic substrates for tight interaction with immunophilins. FKBP12, and cyclophilins A and B were found to be present in normal human blood in the ranges 0.8Ϫ 1.7, 1.4Ϫ2.3 and 2.4Ϫ3.1 nM, respectively, as demonstrated by PPIase activity measurements and western blot analysis. Cyclophilins A and B levels in serum of HIV-1Ϫinfected individuals were increased 3.6-fold and 1.6-fold. Due to the interaction of immunophilins with V3 loop peptides and with the envelope protein gp120, a role of immunophilins in HIV pathogenesis as conformases or docking mediators seems possible, since immunophilin receptors on cell membranes and immunophilin-related virulence factors of pathogens have been identified.Keywords : human-immunodeficiency-virus-type-1 envelope protein gp120; V3 loop ; cyclophilin; FK506-binding protein; serum immunophilin.Human immunodeficiency virus type-1 (HIV-1) infects host exhibit peptidyl-prolyl cis-trans isomerase (PPIase) activity, cells via docking of its envelope glycoprotein gp120 to CD4 which is inhibited specifically and efficiently on binding of the receptors [1,2]. As a prerequisite for viral penetration, gp120 corresponding immunosuppressant. Several isoforms of the two has to undergo conformational changes in which the proline-families are known in eucaryotes and procaryotes. Some of them containing V3 loop of gp120 is involved. CD4 receptor binding act, in addition to their function as intracellular receptors of the provokes a conformational change in gp120, as measured by immunosuppressants, as catalysts of protein folding and as chapantibody epitope changes. However, this change alone was erones by stabilizing proteins in a defined conformation [8, 9]. found to be insufficient for viral entry. In addition to CD4 recep-A variety of bacterial and protozoan pathogens express FKBPtors, HIV-1 infection requires the participation of cell-tropic re-related PPIase termed macrophage-infectivity potentiators ceptors, either the A-chemokine receptor CXCR4 or the β-che-(Mip). Mip proteins act in host cell infection as virulence mokine receptor CCR5. The recognition site f...

Maturation-induced Conformational Changes of HIV-1 Capsid Protein and Identification of Two High Affinity Sites for Cyclophilins in the C-terminal Domain

“…Table I. (22). Basic residues, C-terminal of Gly-Pro, are also found in the MHR peptide p(153-172), which binds more tightly to the cyclophilins than the Gly-Pro 90 peptides if the residues following Phe 161 are still present (see "Results").…”

Cyclosporin A Has Direct Effects on Adult Neural Precursor Cells

“…Cyclophilins A and B were shown to be released into extracellular space at high levels in response to inflammatory stimuli including severe sepsis (Tegeder et al, 1997), HIV infection (Endrich and Gehring, 1998), and oxidative stress (Jin et al, 2000). Cyclophilin A induces chemotaxis of eosinophils, neutrophils, and T cells and extracellular cyclophilin B induces chemotaxis and adhesion to the extracellular matrix of memory CD4 ϩ T cells (Sherry et al, 1992;Xu et al, 1992;Allain et al, 1999).…”

Computer modeling of the promising inhibitors of the hiv-1 subtype a replication as a framework for the rational anti-aids drug design

“…Из приведённых результатов следует, что взаимодействие V3-домена с CycB сопровождается блокадой его центральной области, представляющей иммуногенную корону белка gp120 [16], в то время как остатки N-и C-концевых сегментов петли (за исключением Arg-31), относящихся к ее "стволовой" части [16], не вступают в непосредственный контакт с рецептором. Данный факт согласуется с результатами [3], согласно которым высокое сродство с иммунофилинами проявляет не только интактная петля V3 ВИЧ-1, но и её пептиды, содержащие главный иммуногенный участок вируса. Среди сегментов петли V3, эффективно взаимодействующих с CycB, необходимо выделить трипептид Gly-15-Pro-16-Gly-17, образующий иммуногенную "верхушку" белка gp120 и встречающийся практически во всех известных аминокислотных последовательностях основной антигенной детерминанты вируса [17].…”

“…Поскольку домен V3 ВИЧ-1 управляет процессом клеточного тропизма, одно из стратегических направлений в работах по созданию новых лекарственных препаратов для терапии СПИДа основывается на подходе, предусматривающем поиск химических веществ, способных к эффективной блокаде этого функционально значимого сегмента вируса [2]. Анализ данных литературы позволяет высказать предположение о том, что в качестве исходной субстанции для реализации поиска таких терапевтических агентов могут быть использованы иммунофилины -белки, проявляющие высокое сродство с петлей V3 белка gp120 ВИЧ-1 [3]. 161 * -адресат для переписки Иммунофилины, широко известные как рецепторы циклоспорина А, рапамицина и FK506, относятся к классу пептидил-пролил-цис/транс-изомераз и подразделяются на две большие группы молекул (циклофилины и белки, связывающие FK506), значительно различающихся по аминокислотной последовательности и третичной структуре [4].…”

“…На сегодняшний день в базе Международного банка белков [5] представлена информация о трехмерных структурах более ста молекул, принадлежащих семейству иммунофилинов, однако сведения о структуре комплексов, формируемых ими с петлей V3 ВИЧ-1, в указанном информационном источнике отсутствуют. Поскольку V3-домен белка gp120 формирует один из главных "рабочих инструментов" вируса и является высоко-аффинным лигандом для рассматриваемого класса пептидил-пролил-цис/транс-изомераз [3], получение данных о структуре таких надмолекулярных ансамблей является важной задачей, решение которой может заложить основу для информационного обеспечения белково-инженерных проектов, использующих "V3-мишень" для разработки фармакологических субстанций антивирусного действия [2].…”