Entwicklung struktureller Deskriptoren zur NS3.4A Protease und Vorhersagen von STAT-C Resistenzen bei Peptidomimetika
Final Report Abstract
Ende 2011 wurden durch die amerikanische (FDA) und europäische Zulassungsbehörde (EMA) die ersten spezifisch antiviralen Medikamente gegen die chronische Hepatitis C Virusinfektion zugelassen, die NS3 Proteaseinhibitoren Boceprevir und Telaprevir. Resistenzmechanismen werden demnach in der zukünftigen HCV-Therapie eine wichtige Rolle spielen. Im Rahmen des Projektes wurden resistente Aminosäurevarianten innerhalb der NS3-Protease des Hepatitis C Virus identifiziert, welche bereits vor Therapie mit einem Proteaseinhibitor als Majorvarianten innerhalb der Quasispeziespopulation vorliegen. Mehrere dieser Varianten weisen eine kompromittierte Replikation auf, wobei einige Varianten zuzüglich einen deutlichen Abfall ihrer infektiösen Partikelproduktion zeigten. Es konnte nachgewiesen werden, dass resistente Varianten mit einem spezifischen Abfall der infektiösen Partikelproduktion das virale Assembly beeinträchtigen, nicht jedoch die Freisetzung infektiöser Partikel. Dabei konnten diese Varianten auf zwei Areale im Interface des NS3 Protease-Helikase Komplexes abgebildet werden. Demnach ist wahrscheinlich die NS3 Domain-Domain Interaktion beeinträchtigt und für den Abfall der Produktion infektiöser Partikel verantwortlich, unter Umständen durch eine Abnahme der strukturellen Flexibilität resistenter Varianten im Vergleich zum Wildtyp-Protein. Durch Seitenkettenmodellierung von NS3-Protease Varianten und Abbildung resistenter Varianten in 2-dimensionale Interaktionsnetzwerke von Aminosäuren, konnten strukturelle Deskriptoren identifiziert werden. Diese Deskriptoren konnten zur Vorhersage von Resistenzniveaus gegenüber ketoamidischen Proteaseinhibiotoren, sowie zur Vorhersage von Fitnessdefiziten eingesetzt werden. Unklar bleibt warum Varianten mit deutlich reduzierter Fitness als Majorvarianten einer Quasispeziespopulation vor Therapie nachgewiesen werden konnten. In diesem Zusammenhang wurden im Rahmen dieses Projektes erste second-site Austausche innerhalb der Proteasedomaine nachgewiesen, welche ggf. über kompensatorische Mechanismen Fitnessdefizite ausgleichen um resistente Varianten in der Quasispeziespopulation zu fixieren. Diese Varianten zu identifizieren und ihre molekularen Grundlagen zu charakterisieren, ist Gegenstand von Folgeprojekten.
Publications
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(2011). Peptidomimetic escape mechanisms arise due to genetic diversity in the ligand-binding site of the HCV NS3/4A serine protease. Gastroenterology [Epub ahead of print]
Welsch C, T Shimakami, C Hartmann, Y Yan, FS Domingues, T Lengauer, S Zeuzem, and SM Lemon
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(2011). Protease-inhibitor resistant hepatitis C mutants with reduced fitness due to impaired production of infectious virus. Gastroenterology 140:667-75
Shimakami T, C Welsch, D Yamane, D McGivern, M Yi, S Zeuzem, and SM Lemon
