Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1029910.32607/20758251-2019-11-1-14-22Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleConsensus Integrase of a New HIV-1 Genetic Variant CRF63_02A1Консенсусная интеграза нового генетического варианта CRF63_02A1 ВИЧ-1AgapkinaYu. Yu.АгапкинаЮ. Ю.
Russian Federation
gottikh@belozersky.msu.ruPustovarovaM. A.ПустовароваM. A.
Russian Federation
gottikh@belozersky.msu.ruKorolevS. P.КоролевС. П.
Russian Federation
gottikh@belozersky.msu.ruZyryanovaD. P.ЗыряноваД. П.
Russian Federation
gottikh@belozersky.msu.ruIvlevV. V.ИвлевВ. В.
Russian Federation
gottikh@belozersky.msu.ruTotmeninA. V.ТотменинA. В.
Russian Federation
gottikh@belozersky.msu.ruGashnikovaN. M.ГашниковаН. M.
Russian Federation
gottikh@belozersky.msu.ruGottikhM. B.ГоттихM. Б.
Russian Federation
gottikh@belozersky.msu.ruLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваBelozersky Institute of Physico-Chemical BiologyНаучно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского Московского государственного университета им. М.В. ЛомоносоваState Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор»15032019111VOL 11, NO1 (2019)ТОМ 11, №1 (2019)142217012020Copyright ©; 2019, Agapkina Y.Y., Pustovarova M.A., Korolev S.P., Zyryanova D.P., Ivlev V.V., Totmenin A.V., Gashnikova N.M., Gottikh M.B.Copyright ©; 2019, Агапкина Ю.Ю., Пустоварова M.A., Королев С.П., Зырянова Д.П., Ивлев В.В., Тотменин A.В., Гашникова Н.M., Готтих M.Б.2019Agapkina Y.Y., Pustovarova M.A., Korolev S.P., Zyryanova D.P., Ivlev V.V., Totmenin A.V., Gashnikova N.M., Gottikh M.B.Агапкина Ю.Ю., Пустоварова M.A., Королев С.П., Зырянова Д.П., Ивлев В.В., Тотменин A.В., Гашникова Н.M., Готтих M.Б.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10299

The high genetic variability of the human immunodeficiency virus (HIV-1) leads to a constant emergence of new genetic variants, including the recombinant virus CRF63_02A1, which is widespread in the Siberian Federal District of Russia. We studied HIV-1 CRF63_02A1 integrase (IN_CRF) catalyzing the incorporation of viral DNA into the genome of an infected cell. The consensus sequence was designed, recombinant integrase was obtained, and its DNA-binding and catalytic activities were characterized. The stability of the IN_CRF complex with the DNA substrate did not differ from the complex stability for subtype A and B integrases; however, the rate of complex formation was significantly higher. The rates and efficiencies of 3’-processing and strand transfer reactions catalyzed by IN_CRF were found to be higher, too. Apparently, all these distinctive features of IN_CRF may result from specific amino acid substitutions in its N-terminal domain, which plays an important role in enzyme multimerization and binding to the DNA substrate. It was also found that the drug resistance mutations Q148K/G140S and G118R/E138K significantly reduce the catalytic activity of IN_CRF and its sensitivity to the strand transfer inhibitor raltegravir. Reduction in sensitivity to raltegravir was found to be much stronger in the case of double-mutation Q148K/G140S.

Высокая генетическая изменчивость вируса иммунодефицита человека (ВИЧ-1) приводит к по стоянному появлению новых генетических вариантов, к числу которых относится рекомбинантный вирус CRF63_02A1, широко распространенный на территории Сибирского федерального округа России. Нами изучена интеграза CRF63_02A1 ВИЧ-1, катализирующая встраивание вирусной ДНК в геном инфициро ванной клетки. Проведен дизайн консенсусной последовательности, получен препарат рекомбинантной ин тегразы и охарактеризована ее ДНК-связывающая и каталитическая активность. Стабильность комплекса интегразы CRF63_02A1 с ДНК-субстратом такая же, как у комплексов интеграз подтипов А и В, однако ско рость его образования существенно выше. Более высокими оказались скорости и эффективности реакций, катализируемых этой интегразой: 3’-процессинга и переноса цепи. Это может быть связано с характерными для интегразы CRF63_02A1 аминокислотными заменами в N-концевом домене, играющем важную роль в мультимеризации фермента и его связывании с ДНК-субстратом. Установлено также, что мутации лекар ственной устойчивости Q148K/G140S и G118R/E138K существенно снижают каталитическую активность интегразы CRF63_02A1 и ее чувствительность к ингибитору интеграции ралтегравиру. При этом наиболее сильное снижение чувствительности обеспечивает двойная мутация Q148K/G140S.

human immunodeficiency virusCRF63_02A1 genetic variantintegrasestrand transfer inhibitordrug resistance mutationsвирус иммунодефицита человекагенетический вариант CRF63_02A1интегразаингибитор переноса цепимутации лекарственной устойчивостиThis work was supported by the Russian Science Foundation (grant No. 16-15-10238).Работа поддержана Российским научным фондом (грант № 16-15-10238).[1] Foley B., Leitner T., Apetrei C., Hahn B., Mizrachi I., Mullins J., Rambaut A., Wolinsky S., Korber B. // Theoretical Biology and Biophysics Group. Los Alamos: Los Alamos National Laboratory. 2013 url https://www.hiv.lanl.gov/content/ sequence/HIV/CRFs/CRFs.html[2] Onafuwa-Nuga A., Telesnitsky A. // Microbiol Mol Biol Rev. 2009, V.73, №3, P.451-480[3] Li G., Piampongsant S., Faria N.R., Voet A., Pineda-Peňa A.C., Khouri R., Lemey P., Vandamme A.M., Theys K. // Retrovirology. 2015, V.12, P.18[4] Hemelaar J. // Trends Mol Med. 2012, V.13, №3, P.182-192[5] Diez-Fuertes F., Cabello M., Thompson M.M. // Infect Genet Evol. 2015, V.33, P.197-205[6] Foley B.T., Leitner T., Paraskevis D., Peeters M. // Infect Genet Evol. 2016, V.46, P.150-158[7] Bobkova M. // AIDS Rev. 2013, V.15, №4, P.204-212[8] Baryshev P. B., Bogachev V. V., Gashnikova N. M. // Russia Arch Virol. 2012, V.157, №12, P.2335-2341[9] Baryshev P. B., Bogachev V. V., Gashnikova N. M. // AIDS Res Hum Retroviruses. 2014, V.30, №6, P.592-597[10] Gashnikova N.M., Bogachev V.V., Baryshev P.B., Totmenin A.V., Gashnikova M.P., Kazachinskaya A.G., Ismailova T.N., Stepanova S.A., Chernov A.S., Mikheev V.N. // Russia AIDS Res Hum Retroviruses. 2015, V.31, №4, P.456-460[11] Gashnikova N.M., Zyryanova D.P., Astakhova E.M., Ivlev V.V., Gashnikova M.P., Moskaleva N.V., Aikin S.S., Bulatova T.N., Pustylnikov S.V., Bocharov EF., Totmenin AV. // Arch Virol. 2017, V.162, №2, P.379-390[12] Kazennova E. V., Laga V., Lapovok I., Glushchenko N., Neshumaev D., Vasilyev A., Bobkova M. // AIDS Res Hum Retroviruses. 2014, V.30, №8, P.742-752[13] Krishnan L., Engelman A. // J. Biol. Chem. 2012, V.287, №49, P.40858-40866[14] Lennox J.L. // Curr Opin HIV AIDS. 2012, V.7, №5, P.409-414[15] Quashie P.K., Mesplède T., Wainberg M.A. // Curr Opin Infect. Dis. 2013, V.26, №1, P.43-49[16] Anstett K., Brenner B., Mesplede T., Wainberg M.A. // Retrovirology. 2017, V.14, №1, P.36[17] Maiga I., Malet I., Soulie C., Derache A., Koita V., Amellal B., Tchertanov L., Delelis O., Morand-Joubert L., Mouscadet J.F. // Antivir Ther. 2009, V.14, №1, P.123-129[18] Brenner B.G., Lowe M., Moisi D., Hardy I., Gagnon S., Charest H., Baril J.G., Wainberg M.A., Roger M. // J Med Virol. 2011, V.83, №5, P.751-759[19] Bar-Magen T., Donahue D.A., McDonough E.I., Kuhl B.D., Faltenbacher V.H., Xu H., Michaud V., Sloan R.D., Wainberg M.A. // AIDS. 2010, V.24, №14, P.2171-2179[20] Quashie P.K., Oliviera M., Veres T., Osman N., Han Y.S., Hassounah S., Lie Y., Huang W., Mesplede T., Wainberg M.A. // J Virol. 2015, V.89, №6, P.3163-3175[21] Depatureaux A., Mesplede T., Quashie P., Oliveira M., Moisi D., Brenner B., Wainberg M. // J. Int. AIDS Soc. 2014, V.17, №4, P.19738[22] Depatureaux A., Mesplede T., Quashie P., Oliveira M., Moisi D., Plantier J.C., Brenner B., Wainberg M.A. // J. Acquir. Immune Defic. Syndr. 2015, V.70, №1, P.9-15[23] Gashnikova N.M., Astakhova E.M., Gashnikova M.P., Bocharov E.F., Petrova S.V., Pun’ko O.A., Popkov A.V., Totmenin A.V. // Biomed. Res. Int. 2016, 2496280[24] Leh H., Brodin P., Bischerour J., Deprez E., Tauc P., Brochon J.C., LeCam E., Coulaud D., Auclair C., Mouscadet J.F. // Biochemistry. 2000, V.39, №31, P.9285-9294[25] Shadrina O. A., Zatsepin T. S., Agapkina Y. Y., Isaguliants M. G., Gottikh M. B. // Acta Naturae. 2015, V.7, №1, P.43-52[26] Deprez E., Barbe S., Kolaski M., Leh H., Zouhiri F., Auclair C., Brochon J.C., Le Bret M., Mouscadet J.F. // Mol Pharmacol. 2004, V.65, №1, P.85-98[27] Smolov M., Gottikh M., Tashlitskii V., Korolev S., Demidyuk I., Brochon J.C., Mouscadet J.F., Deprez E. // FEBS J. 2006, V.273, №6, P.1137-1151[28] Donaldson G.P., Roelofs K.G., Luo Y., Sintim H.O., Lee V.T. // Nucleic Acids Res. 2012, V.40, №7, P.e48[29] Khan E., Mack J.P., Katz R.A., Kulkosky J., Skalka A.M. // Nucleic Acids Res. 1991, V.19, №4, P.851-860[30] Agapkina J., Smolov M., Barbe S., Zubin E., Zatsepin T., Deprez E., Le Bret M., Mouscadet JF., Gottikh M. // J Biol Chem. 2006, V.281, №17, P.11530-11540[31] Agapkina J., Yanvarev D., Anisenko A., Korolev S., Vepsäläinen J., Kochetkov S., Gottikh M. // Eur J Med Chem. 2014, V.73, P.73-82[32] Shadrina O., Krotova O., Agapkina J., Knyazhanskaya E., Korolev S., Starodubova E., Viklund A., Lukashov V., Magnani M., Medstrand P. // Biochimie. 2014, V.102, P.92-101[33] Zheng R., Jenkins T.M., Craigie R. // Proc Natl Acad Sci USA. 1996, V.93, №24, P.13659-13664[34] Lesbats P., Engelman A.N., Cherepanov P. // Chem. Rev. 2016, V.116, №20, P.12730-12757[35] Zhao Z., McKee C.J., Kessl J.J., Santos W.L., Daigle J.E., Engelman A., Verdine G., Kvaratskhelia M. // J Biol Chem. 2008, V.29, №283, P.5632-5641[36] Passos D.O., Li M., Yang R., Rebensburg S.V., Ghirlando R., Jeon Y., Shkriabai N., Kvaratskhelia M., Craigie R., Lyumkis D. // Science. 2017, V.355, №6320, P.89-92[37] McKee C.J., Kessl J.J., Shkriabai N., Dar M.J., Engelman A., Kvaratskhelia M. // J Biol Chem. 2008, V.283, №46, P.31802-31812[38] Sokalingam S., Raghunathan G., Soundrarajan N., Lee S.G. // PLoS One. 2012, V.7, №7, e40410[39] Mant C.T., Kovacs J.M., Kim H.M., Pollock D.D., Hodges R.S. // Biopolymers. 2009, V.92, №6, P.573-595[40] Dougherty D.A. // J Nutr. 2007, V.137, P.1504S-1508S[41] Chan D.I., Prenner E.J., Vogel H.J. // Biochim Biophys Acta. 2006, V.1758, P.1184-1202[42] Deprez E., Tauc P., Leh H., Mouscadet J.F., Auclair C., Hawkins M.E., Brochon J.C. // Proc Natl Acad Sci U S A. 2001, V.98, №18, P.10090-10095[43] Guiot E., Carayon K., Delelis O., Simon F., Tauc P., Zubin E., Gottikh M., Mouscadet J.F., Brochon J.C., Deprez E. // J Biol Chem. 2006, V.281, №32, P.22707-22719[44] Malet I., Delelis O., Valantin M.A., Montes B., Soulie C., Wirden M., Tchertanov L., Peytavin G., Reynes J., Mouscadet J.F. // Antimicrob Agents Chemother. 2008, V.52, №4, P.1351-1358[45] Nakahara K., Wakasa-Morimoto C., Kobayashi M., Miki S., Noshi T., Seki T., Kanamori-Koyama M., Kawauchi S., Suyama A., Fujishita T. // Antiviral Res. 2009, V.81, №2, P.141-146[46] Quashie P.K., Mesplède T., Han Y.S., Veres T., Osman N., Hassounah S., Sloan R.D., Xu H.T., Wainberg M.A. // Antimicrob Agents Chemother. 2013, V.57, №12, P.6223-6235[47] Wainberg M.A., Han Y.S. // J Virus Erad. 2015, V.1, №1, P.13-16[48] Malet I., Gimferrer Arriaga L., Artese A., Costa G., Parrotta L., Alcaro S., Delelis O., Tmeizeh A., Katlama C., Valantin M.A. // J Antimicrob Chemother 2014, V.69, №8, P.2118-2122