Cyclic Peptide Inhibitors of HIV-1 Proliferation

HIV-1 增殖的环肽抑制剂

• 批准号: 9979753
• 负责人: Joseph E Wedekind
• 金额: $ 38.79万
• 依托单位: UNIVERSITY OF ROCHESTER
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-09-30 至 2022-07-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9979753
• 关键词: AIDS/HIV problem; Address; Affinity; Amino Acids; Animals; Anti-HIV Agents; Antiviral Agents; Apoptosis; Base Pairing; Binding; Binding Proteins; Biological; Biological Assay; Calorimetry; Cations; Cells; Chemicals; Colorado; Complex; Complex Analysis; Coupled; Crystallization; Cyclic Peptides; Development; Dissociation; Drug Targeting; Drug resistance; Elements; Evolution; Exhibits; FDA approved; Genetic Transcription; Guanine; HIV; HIV-1; Hela Cells; Human; Hydrogen Bonding; Lead; Life Cycle Stages; Ligands; Longevity; Major Groove; Mammalian Cell; Measures; Molecular Conformation; Mus; Mutation; Nuclear Extract; Nucleotides; Outcome; Pathway interactions; Patients; Penetration; Peptides; Pharmaceutical Preparations; Pharmacologic Substance; Pharmacology; Play; Privatization; Property; Protein Analysis; Protein Engineering; Proteins; RNA; RNA Recognition Motif; RNA Splicing; RNA analysis; RNA-Protein Interaction; Reagent; Records; Refractory; Resistance; Resolution; Role; Scheme; Site-Directed Mutagenesis; Small Ubiquitin-Related Modifier Proteins; Sodium Chloride; Specificity; Structure; Surface Plasmon Resonance; Tars; Testing; Therapeutic; Therapeutic Index; Thick; Thinness; Titrations; Toxic effect; Transactivation; Universities; Vaccines; Validation; Variant; Vertebral column; Viral; Viral Proteins; Virus; Work; Yeasts; aging population; base; biophysical analysis; combat; design; drug development; drug discovery; improved; in vivo; inhibitor/antagonist; innovation; next generation; novel; peptide drug; peptidomimetics; protein complex; protein protein interaction; resistance mutation; small molecule; stem; structural biology; tat Protein; therapeutic development; therapeutic target; therapy outcome

Abstract. Innovative approaches are needed to create therapeutics that target HIV. Existing drugs can prolong  patient lifespan by targeting multiple facets of the viral life cycle, but next-­generation therapies are needed that  act on new targets — especially those that resist mutation — to improve long-­term therapeutic compliance and  outcome. HIV-­1 TAR RNA is a validated drug target that resists mutations to interact with the viral protein Tat,  thus  giving  rise  to  an  RNA-­protein  complex  essential  for  proviral  transcription  and  HIV-­1  propagation.  So  far,  TAR  has  evaded  discovery  of  compounds  with  sufficient  affinity  and  selectivity  to  warrant  pharmaceutical  development.  To  address  this  challenge,  we  undertook  a  ‘semi-­design  and  protein  evolution’  approach  that  yielded  many  novel,  high-­affinity  (KDs  ~  1.3  to  0.5  nM)  TAR  Binding  Proteins  (TBPs)  using  yeast  display  maturation. We then determined the 1.80 Å resolution co-­crystal structure of one variant, TBP6.7, in complex  with TAR, revealing that the major binding interface consists of evolved loop β2-­β3, which reads out the TAR  RNA major groove. We hypothesize that cyclic peptides comprising the TBP6.7 β2-­β3 loop, or other TBP loops  evolved  in  our  lab,  will  be  entry  points  to  create  a  novel  class  of  TAR  binders.  Indeed,  the  TBP6.7  β2-­β3  hairpin retains affinity and specificity for TAR when fused to the small protein SUMO, signifying that the β2-­β3  loop is necessary and sufficient for TAR recognition. Structural identification of the β-­hairpin motif, and our use  of semi-­design and evolution make our approach fundamentally different from prior efforts to block the Tat-­TAR  interaction,  while  providing  a  robust  experimental  premise  to  pursue  our  aims:  (Aim  1)  Validate  the  observed  TBP6.7-­TAR  interface  and  determine  additional  novel  co-­crystal  structures  of  other  TBPs  evolved  in  our  lab;;  (Aim 2) synthesize and optimize cyclic peptides derived from Aim 1 that bind TAR and inhibit its interaction with  Tat;; (Aim 3) Test cyclic peptides from Aim 2 using viral infectivity assays to investigate mechanisms of action,  therapeutic  indices,  and  pharmacological  properties  in  animals.  To  our  knowledge,  no  other  group  has  used  protein  evolution  and  structural  biology  to  develop  HIV-­1  TAR-­targeted  reagents.  We  are  a  team  of  experts,  comprising  two  P.I.s,  with  strong  records  in  protein  evolution,  peptide-­based  drug  discovery,  HIV  therapeutic  discovery,  measuring  cell  penetration  and  toxicity  of  biologics  (McNaughton),  and  structural  biology  of  therapeutically-­relevant  RNAs,  protein-­RNA  complexes,  and  biophysical  analysis  of  protein-­RNA  interactions  (Wedekind),  as  well  as  two  collaborators:  Harold  Smith  (University  of  Rochester),  a  leader  in  drug  discovery  and development, and CEO of OyaGen Inc., a private company developing anti-­HIV drugs, and Dan Gustafson  (Colorado  State  University),  a  clinician  and  pharmacologist  with  expertise  in  measuring  pharmacological  profiles of therapeutics. We are uniquely qualified and well suited to perform this work. High-­value outcomes  include:  (i)  identification  of  novel  lead  inhibitors  of  HIV,  and  (ii)  validation  of  our  ‘semi-­design’  and  structural  approach, which has the potential for sustained impact on the drug discovery and inhibitor design fields.

抽象的。需要创新的方法来创建针对艾滋病毒的治疗剂。现有药物可以延长 通过瞄准病毒生命周期的多个方面的患者寿命，但需要下一代疗法 对新目标（特别是抗拒突变的目标）采取行动，以改善长期治疗依从性和 结果。 HIV-1 TAR RNA是一个经过验证的药物靶标，可抵抗突变与病毒蛋白TAT相互作用， 因此，引起了对病毒转录和HIV-1传播至关重要的RNA-蛋白质复合物。迄今为止， 焦油已避免发现具有足够亲和力和选择性的化合物保证药物的化合物 发展。为了应对这一挑战，我们采取了一种“半设计和蛋白质进化”的方法 使用酵母显示出来的许多新型，高亲和力（KDS〜1.3至0.5 nm）的焦油结合蛋白（TBP） 成熟。然后，我们确定了一个变体TBP6.7的1.80Å分辨率共结构结构 用焦油，揭示了主要的结合界面由进化的循环β2-β3组成，该界面读出焦油 RNA主要凹槽。我们假设环状肽符合TBP6.7β2-β3环或其他TBP环路 在我们的实验室中进化，将是创建一种新颖的焦油粘合剂类别的入口点。确实，tbp6.7β2-β3 当融合到小蛋白相扑时，发夹保留对焦油的亲和力和特异性，表示β2-β3 循环是必要的，足以识别焦油。 β-发键蛋白基序的结构鉴定，我们的使用 半设计和进化使我们的方法从根本上不同于先前努力阻止TAT-TAR 互动，同时提供强大的实验前提来购买我们的目标：（目标1）验证观察到的 TBP6.7-TAR界面并确定我们实验室中其他TBP的其他新型共晶结构； （AIM 2）合成并优化从结合焦油并抑制其与其相互作用的AIM 1得出的环状肽 tat ;; （AIM 3）使用病毒感染测定法测试AIM 2的环状肽，以研究作用机理， 动物的治疗指数和药理特性。据我们所知，没有其他小组使用过 蛋白质的进化和结构生物学，以开发靶向HIV-1焦油的试剂。我们是一个专家团队， 完成两个P.I.S，具有蛋白质进化的强烈记录，基于胡椒的药物发现，HIV疗法 发现，测量生物制剂的细胞渗透和毒性（McNaughton）以及结构生物学 与治疗相关的RNA，蛋白-RNA复合物和蛋白RNA相互作用的生物物理分析 （Wedekind），以及两个合作者：哈罗德·史密斯（Harold Smith）（罗切斯特大学），药物发现领导者 和开发，兼首席执行官Oyagen Inc.，一家开发反HIV药物的私人公司和Dan Gustafson （科罗拉多州立大学），一位临床和药物，具有测量药物的专业知识 治疗学的概况。我们具有独特的资格，非常适合执行这项工作。高价值的结果 包括：（i）鉴定新型艾滋病毒的铅抑制剂，以及（ii）验证我们的“半设计”和结构 方法有可能对药物发现和抑制剂设计领域产生持续影响。