Introduction. HIV entry into host cells requires CD4 receptors and CCR5 co-receptors. Natural CCR5 ligands can inhibit HIV through steric blocking and receptor internalization. Although CCL2 is primarily a CCR2 ligand, emerging evidence suggests possible CCR5 interaction, challenging conventional views of chemokine specificity. Natural CCL2 missense mutations provide valuable insights into receptor interaction mechanisms and their potential role in HIV infection modulation, offering new perspectives on viral entry inhibition strategies. Materials and methods. The wild-type complex was modeled using AlphaFold Server with rigorous validation. From UniProt database, we selected 41 CCL2 mutations within predicted CCR5 binding sites based on structural analysis. For each variant, we generated mutant protein structures and complex models using FoldX algorithm in YASARA environment. We calculated binding energies, complex stability, and interaction energy parameters, while conducting detailed analysis of atomic contacts and hydrogen bonding patterns. Functional impact of mutations was assessed using PolyPhen-2 algorithm. Results. Molecular modeling identified 35 CCL2 residues forming the comprehensive CCR5 interface. Five specific mutations (P78H, S57C, I28V, N29A, K79A) significantly enhanced CCR5 binding affinity, reducing interaction energy compared to wild type. P78H and S57C variants showed the strongest effects and were consistently predicted as “probably damaging”. K79A demonstrated substantially improved binding while maintaining reasonable interfacial contacts. Detailed structural analysis revealed these mutations optimize the binding interface through strategic reorganization of molecular interactions and improved complementarity. Discussion. Our findings demonstrate that specific natural CCL2 mutations can substantially enhance CCR5 binding affinity, revealing unexpected plasticity in chemokine-receptor recognition systems. The most impactful mutations suggest evolutionary mechanisms for modulating HIV entry pathways through natural genetic variation. These results provide structural insights into how sequence variations might influence viral pathogenesis through altered receptor specificity and binding kinetics. Conclusion. This computational study identifies key CCL2 mutations that significantly enhance CCR5 binding, expanding our understanding of chemokine system flexibility and evolutionary adaptation. The results support further experimental investigation of natural CCL2 variants as potential modulators of HIV infection and contribute to fundamental knowledge of virus-host interactions at molecular level.
Введение. Фундаментальные механизмы взаимодействия ВИЧ с клеткой-хозяином остаются областью интенсивного изучения, где особое значение имеет проникновение вируса через рецепторы CD4 и корецепторы семейства хемокиновых рецепторов. Известно, что естественные лиганды рецептора CCR5, такие как RANTES, MIP-1α и MIP-1β, способны ингибировать проникновение ВИЧ-1 посредством стерического блокирования и интернализации рецептора. Хемокин CCL2, классически считающийся селективным лигандом CCR2, по данным компьютерного моделирования, потенциально может обладать способностью к взаимодействию с CCR5, что противоречит устоявшимся представлениям о строгой селективности хемокинов. Природные миссенс-мутации CCL2 представляют особый интерес для изучения молекулярных основ изменения рецепторной специфичности и потенциальной модуляции восприимчивости к ВИЧ-инфекции. Целью исследования были моделирование и оценка влияния естественных миссенс-мутаций хемокина CCL2 на его способность к формированию стабильного комплекса с рецептором CCR5 в контексте фундаментальных механизмов взаимодействия «вирус–хозяин» и потенциального ингибирования проникновения ВИЧ-1. Материалы и методы. Исследование выполнено методами структурной биоинформатики. Модель комплекса CCL2 дикого типа с рецептором CCR5 построена с использованием алгоритма AlphaFold Server. По данным базы UniProt в предсказанной области связывания хемокина CCL2 с рецептором CCR5 идентифицирован 41 полиморфный вариант. Для каждого варианта построены модели изолированного мутантного белка и комплекса с CCR5. Расчет свободной энергии проводили с использованием алгоритма FoldX в пакете YASARA. Определяли энергию стабильности изолированного белка, энергию стабильности комплекса и энергию взаимодействия. Дополнительно анализировали изменения в количестве атомарных контактов и водородных связей. Функциональная значимость мутаций оценена с помощью алгоритма PolyPhen-2. Результаты. Молекулярное моделирование выявило 35 аминокислот CCL2, формирующих интерфейс взаимодействия с CCR5. Среди 41 проанализированной формы идентифицированы варианты (P78H, S57C, I28V, N29A, K79A), демонстрирующие значительное улучшение энергии связывания с CCR5 — снижение на 15–29 ккал/моль по сравнению с диким типом. Мутации P78H и S57C показали наибольшее снижение энергии взаимодействия (–29.14 и –20.18 ккал/моль соответственно) при прогнозе PolyPhen-2 как «probably damaging». Вариант K79A, требующий двух нуклеотидных замен, продемонстрировал сбалансированное сочетание улучшенной энергии связывания (–23.91 ккал/моль) и умеренного сокращения количества контактов. Выводы. Показано, что ряд миссенс-мутаций хемокина CCL2 способен изменять энергетический профиль его взаимодействия с рецептором CCR5. Выявленные мутантные формы, демонстрирующие увеличение стабильности комплекса CCL2-CCR5, представляют фундаментальный интерес для понимания пластичности хемокиновой системы и механизмов молекулярного узнавания. Полученные данные расширяют представления о потенциальных естественных механизмах модуляции взаимодействия ВИЧ с клеткой-хозяином и заслуживают проверки в контексте фундаментальных основ патогенеза ВИЧ-инфекции.