Элемент реагирования на ВИЧ Rev
Ответный элемент ВИЧ-1 Rev (RRE) представляет собой высокоструктурированный сегмент РНК из ~350 нуклеотидов , присутствующий в кодирующей области Env несплайсированных и частично сплайсированных вирусных мРНК . В присутствии ВИЧ-1 вспомогательного белка Rev ВИЧ-1 м -РНК , которые содержат RRE, могут экспортироваться из ядра в цитоплазму для последующих событий, таких как трансляция и упаковка вирионов. [1] [2]
RRE и биология ВИЧ-1
[ редактировать ]Ранняя фаза
[ редактировать ]
Геном ВИЧ-1 содержит один промотор и использует несколько рамок считывания и альтернативный сплайсинг для кодирования 15 белков из одного вида пре-мРНК. [3] Транскрипция интегрированного провируса ВИЧ-1 генерирует одну пре-мРНК длиной 9 тысяч оснований (т.п.н.), содержащую множество сайтов сплайсинга и сигналы удержания ядра . На ранней фазе жизненного цикла вируса эта пре-РНК полностью сшивается с сообщениями длиной 2 т.п.н., не содержащими RRE. Эти меньшие сообщения затем транспортируются из ядра в цитоплазму через стандартные пути ядерного экспорта мРНК. [4] (см. рисунок). Одно из этих небольших сообщений размером 2 КБ кодирует белок ВИЧ-1 Rev, который импортируется в ядро через последовательность ядерной локализации . Эта фаза жизненного цикла вируса не зависит ни от Rev, ни от RRE. [2]
Поздняя фаза
[ редактировать ]Поздняя фаза жизненного цикла вируса характеризуется экспрессией вирусных белков, которые кодируются длинными несплайсированными (9 КБ) или частично сплайсированными (4 КБ) сообщениями, содержащими RRE. Благодаря сигналам удержания и сплайсинга эти интрон-содержащие РНК изначально сохраняются в ядре для сплайсинга/деградации. Однако после того, как сообщения размером 2 КБ создают достаточный уровень Rev, эти более длинные сообщения могут быть экспортированы в цитоплазму через Rev-зависимый путь экспорта. Ядерный экспорт этих РНК достигается путем специфической совместной сборки множества молекул Rev на RRE. За сборкой этого комплекса Rev-RRE следует рекрутирование белкового комплекса человека, содержащего белки экспортина-1 (XPO1/CRM1) и Ran-GTP. Rev задействует этот экспортный механизм через последовательность ядерного экспорта (NES), присутствующую в Rev. Этот комплекс Rev-RRE-Xpo1/RanGTP затем транспортируется в цитоплазму. В цитоплазме эти сообщения транслируются для производства всех оставшихся вирусных белков или упаковываются в геномы для новых почкующихся вирионов (см. рисунок). [2]
Вторичная структура и признание версий
[ редактировать ]RRE представляет собой высокоструктурированный элемент РНК. Расчетные прогнозы, позже подтвержденные химическими и ферментативными исследованиями, показывают, что RRE содержит множественные петли и выпуклости стебля (см. Рисунок). Rev связывается с RRE специфическим для последовательности образом, при этом узнавание Rev-РНК опосредуется a-спиральным растяжением из 17 остатков на Rev, мотиве, богатом аргинином (ARM).
Stem IIB: сайт связывания с высоким сродством
[ редактировать ]Stem IIB — это сайт на RRE, с которым Rev связывается с высокой аффинностью и специфичностью. Структура изолированного стебля IIB, связанного с пептидом, соответствующим Rev-ARM, была определена с помощью ЯМР . [5] Эта структура обнаруживает большую бороздку А-формы РНК, расширенную парами пурин-пуриновых оснований в богатой пуринами выпуклости для размещения a-спирального Rev-ARM. Связывание достигается за счет комбинации контактов, специфичных для оснований, и электростатических контактов с фосфатным остовом (см. Рисунок). Более поздние исследования выявили еще одну область RRE, ствол IA, которая связывает Rev специфическим образом, но с в 5 раз более слабым сродством, чем ствол IIB. [6]
Для функции RRE требуется сборка Cooperative Rev.
[ редактировать ]Хотя стебли IIB и IA могут связывать Rev изолированно, для вирусной функции необходим полноразмерный RRE (по крайней мере ~250 нт). Множественные молекулы Rev связываются с полным RRE специфическим и кооперативным образом посредством комбинации взаимодействий Rev-РНК и Rev-Rev. [6] [7] [8] Считается, что IIB действует как «якорная точка», при этом молекулы Rev, связанные во вторичных сайтах (таких как IA), стабилизируются за счет белок-белковых взаимодействий с другими молекулами Rev (в дополнение к взаимодействиям РНК-белок). Биохимические исследования RRE из 242 нуклеотидов установили соотношение мономеров 6 Rev к каждому RRE. [9]
В некотором смысле, RRE действует как платформа, на которой собирается конкретный и совместный комплекс Rev (и, в конечном итоге, механизмов экспорта сотовой связи). Такая кооперативность, диктуемая структурой и последовательностью РРЭ, необходима для формирования высокородственного экспортно-компетентного комплекса. [10] Современные модели сборки Rev на RRE предполагают начальное событие зародышеобразования Rev в стебле IIB с последующим постепенным добавлением молекул Rev с образованием полного комплекса. [7] [8] [11] [12]
Комплексы «Рев-РРЭ» привлекают дополнительных партнеров
[ редактировать ]После сборки комплекса Rev-RRE необходимо добавить механизм клеточного экспорта, чтобы провести РНК через ядерную пору . Ядерный экспорт мРНК, содержащих Rev-RRE, достигается с использованием пути ядерного экспорта Crm1 человека - RanGTP . Rev содержит последовательность ядерного экспорта (NES), которая связывает Crm1, [13] [14] и Crm1 выводит весь комплекс из ядра.
Новейшие кристаллические структуры Рев, [15] [16] Структура Rev-ARM/Stem IIB и информация о стехиометрии Rev-RRE привели к предложению модели медузы для функционально активного комплекса. В этой модели RRE представляет собой структурную основу для сборки гексамера Рева, и эта сборка образует голову медузы. NES из мономеров 6 Rev образуют «щупальца» медузы, которые могут взаимодействовать с белками Crm1-RanGTP хозяина. [15] Вся эта «медуза» затем будет экспортирована в цитоплазму (см. рисунок).
Третичная структура
[ редактировать ]Изображения третичной структуры RRE (и комплекса Rev-RRE) были получены с помощью атомно-силовой микроскопии . [17] На этих изображениях видна шаровидная «голова» с длинным стеблем, отходящим от нее, и они соответствуют трехмерным предсказаниям компьютерных моделей, а также изображениям электронного микроскопа (ЭМ) собранных комплексов Rev-RRE. [15]
Rev-RRE как мишень для наркотиков
[ редактировать ]Поскольку экспорт РНК, содержащих RRE, необходим для репликации ВИЧ, ассоциация RRE и Rev является привлекательной терапевтической мишенью. [18] Различные методы расщепления РНК и скрининг малых молекул [19] были реализованы с целью создания противовирусных препаратов для лечения ВИЧ-инфекции с помощью металлопептидных структур. [18] [20] Rev и RRE являются особенно привлекательными мишенями для лекарств, поскольку оба элемента существуют в рамках считывания , которые кодируют другие белки (Tat и Env для Rev, Env для RRE), теоретически ограничивая потенциальные ускользающие мутации. Однако на сегодняшний день не существует клинически одобренных методов лечения, нацеленных на Rev-RRE.
Связь с другими вирусами
[ редактировать ]Все сложные ретровирусы сталкиваются с проблемой экспорта несплайсированных и частично сплайсированных мРНК. Некоторые используют системы, аналогичные Rev/RRE; к ним относятся ВИЧ-2 и SIV (вирус иммунодефицита обезьян), которые используют свои собственные системы Rev-RRE, некоторые бетаретровирусы, которые используют систему Rem/RmRE, и все дельтаретровирусы, которые используют системы Rex/RxRRE. [21] [22]
Многие простые ретровирусы, в первую очередь вирус обезьяны Мейсона-Пфайзера (MPMV), не кодируют Rev-подобный белок, а вместо этого развили цис-действующий элемент РНК, конститутивный транспортный элемент (CTE), который напрямую связывается с компонентами вируса. механизм экспорта мРНК хозяина. CTE MPMV состоит из ~220 нуклеотидов и состоит из двух идентичных сайтов связывания клеточного экспортного белка Tap. Тэп напрямую связывает вирусную РНК и экспортирует ее в цитоплазму. [23] [24]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Каллен, Брайан Р. (2003). «Экспорт ядерной мРНК: выводы из вирусологии». Тенденции биохимических наук . 28 (8): 419–424. дои : 10.1016/S0968-0004(03)00142-7 . ПМИД 12932730 .
- ^ Jump up to: а б с Поллард, Виктория В.; Малим, Майкл Х. (1998). «Белок ВИЧ-1 Rev». Ежегодный обзор микробиологии . 52 : 491–532. дои : 10.1146/annurev.micro.52.1.491 . ПМИД 9891806 .
- ^ Франкель, Алан Д.; Янг, Джон А.Т. (1998). «ВИЧ-1: пятнадцать белков и РНК» . Ежегодный обзор биохимии . 67 : 1–25. doi : 10.1146/annurev.biochem.67.1.1 . ПМИД 9759480 .
- ^ Каллен, Брайан Р. (2005). «Вирус иммунодефицита человека: экспорт ядерной РНК прекратился». Природа . 433 (7021): 26–27. дои : 10.1038/433026a . ПМИД 15635396 . S2CID 4403084 .
- ^ Баттист, JL; Мао, Х.; Рао, Н.С.; Тан, Р.; Мухандирам, ДР; Кей, Л.Э.; Франкель, AD; Уильямсон, младший (1996). «Распознавание основной канавки альфа-спирали-РНК в комплексе Rev-пептид-RRE РНК ВИЧ-1». Наука 273 (5281): 1547–1551. дои : 10.1126/science.273.5281.1547 . ПМИД 8703216 . S2CID 1749629 .
- ^ Jump up to: а б Догерти, Мэтью Д.; Дорсо, Иван; Франкель, Алан Д. (2008). «Решение ограниченной геномной емкости: использование адаптируемых связывающих поверхностей для сборки функционального олигомера ВИЧ Rev на РНК» . Молекулярная клетка . 31 (6): 824–834. doi : 10.1016/j.molcel.2008.07.016 . ПМЦ 2651398 . ПМИД 18922466 .
- ^ Jump up to: а б Джайн, Чайтанья; Беласко, Джоэл Дж. (2001). «Структурная модель кооперативной сборки мультимеров Rev ВИЧ-1 на RRE, полученная на основе анализа мутантов с дефектом сборки» . Молекулярная клетка . 7 (3): 603–614. дои : 10.1016/S1097-2765(01)00207-6 . ПМИД 11463385 .
- ^ Jump up to: а б Манн, Д; Микаэлян, И; Земмель, RW; Грин, С.М.; Лоу, AD; Кимура, Т; Сингх, М; Батлер, ПиДжей; и др. (1994). «Молекулярный реостат, кооперативный Rev, связывающийся со стеблем I элемента Rev-ответа, модулирует позднюю экспрессию гена вируса иммунодефицита человека типа 1». Журнал молекулярной биологии . 241 (2): 193–207. дои : 10.1006/jmbi.1994.1488 . ПМИД 8057359 .
- ^ Догерти, доктор медицины; Бут, Д.С.; Джаяраман, Б.; Ченг, Ю.; Франкель, AD (2010). «Элемент ответа Rev ВИЧ (RRE) направляет сборку гомоолигомера Rev в дискретные асимметричные комплексы» . Труды Национальной академии наук . 107 (28): 12481–12486. дои : 10.1073/pnas.1007022107 . ПМЦ 2906596 . ПМИД 20616058 .
- ^ Догерти, Мэтью Д.; Дорсо, Иван; Франкель, Алан Д. (2008). «Решение ограниченной геномной емкости: использование адаптируемых связывающих поверхностей для сборки функционального олигомера ВИЧ Rev на РНК» . Молекулярная клетка . 31 (6): 824–834. doi : 10.1016/j.molcel.2008.07.016 . ПМЦ 2651398 . ПМИД 18922466 .
- ^ Земмель, Р; Келли, AC; Карн, Дж; Батлер, Пи Джей (1996). «Гибкие области структуры РНК облегчают совместную сборку Rev на элементе Rev-ответа». Журнал молекулярной биологии . 258 (5): 763–777. дои : 10.1006/jmbi.1996.0285 . ПМИД 8637008 .
- ^ Пруд, СЖК; Риджуэй, Западная Келли; Робертсон, Р.; Ван, Дж.; Миллар, ДП (2009). «Белок ВИЧ-1 Rev собирается на вирусной РНК по одной молекуле за раз» . Труды Национальной академии наук . 106 (5): 1404–1408. дои : 10.1073/pnas.0807388106 . ПМЦ 2635779 . ПМИД 19164515 .
- ^ Фишер, Ю; Хубер, Дж; Боэленс, туалет; Маттадж, И.В.; Люрманн, Р. (1995). «Домен активации Rev ВИЧ-1 представляет собой сигнал ядерного экспорта, который обеспечивает доступ к пути экспорта, используемому конкретными клеточными РНК» . Клетка . 82 (3): 475–483. дои : 10.1016/0092-8674(95)90436-0 . ПМИД 7543368 .
- ^ Форнерод, Мартен; Оно, Муцухито; Ёсида, Минору; Маттадж, Иэн В. (1997). «CRM1 является экспортным рецептором для сигналов ядерного экспорта, богатых лейцином» . Клетка . 90 (6): 1051–1060. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80371-2 . ПМИД 9323133 .
- ^ Jump up to: а б с Догерти, Мэтью Д.; Лю, Белла; Франкель, Алан Д. (2010). «Структурная основа кооперативного связывания РНК и сборки экспортного комплекса с помощью ВИЧ Rev» . Структурная и молекулярная биология природы . 17 (11): 1337–1342. дои : 10.1038/nsmb.1902 . ПМЦ 2988976 . ПМИД 20953181 .
- ^ Диматтиа, Массачусетс; Уоттс, Северная Каролина; Шталь, С.Дж.; Рейдер, К.; Вингфилд, Пенсильвания; Стюарт, Д.И.; Стивен, AC; Граймс, Дж. М. (2010). «Последствия структуры димера Rev ВИЧ-1 с разрешением 3,2 А для мультимерного связывания с элементом ответа Rev» . Труды Национальной академии наук . 107 (13): 5810–5814. дои : 10.1073/pnas.0914946107 . ПМК 2851902 . ПМИД 20231488 .
- ^ Паллесен, Йеспер; Донг, Миндонг; Безенбахер, Флемминг; Кьемс, Йорген (2009). «Структура ответного элемента ВИЧ-1 Rev отдельно и в комплексе с регулятором вириона (rev), изученная с помощью атомно-силовой микроскопии». Журнал ФЭБС . 276 (15): 4223–4232. дои : 10.1111/j.1742-4658.2009.07130.x . ПМИД 19583776 .
- ^ Jump up to: а б Салленджер, Брюс А.; Гильбоа, Эли (2002). «Новые клинические применения РНК». Природа . 418 (6894): 252–258. дои : 10.1038/418252a . ПМИД 12110902 . S2CID 4431755 .
- ^ Шак-Ли, Д.; Чен, ФФ; Уиллард, Р.; Раман, С.; Птак, Р.; Хаммаршельд, М.-Л.; Рекош, Д. (2008). «Гетероциклические соединения, которые ингибируют функцию Rev-RRE и репликацию вируса иммунодефицита человека типа 1» . Антимикробные средства и химиотерапия . 52 (9): 3169–3179. дои : 10.1128/AAC.00274-08 . ПМЦ 2533482 . ПМИД 18625767 .
- ^ Джин, Ян; Коуэн, Дж.А. (2006). «Направленное расщепление РНК элемента ответа Rev ВИЧ металлопептидными комплексами». Журнал Американского химического общества . 128 (2): 410–411. дои : 10.1021/ja055272m . ПМИД 16402818 .
- ^ Бодем, Дж.; Шид, Т.; Габриэль, Р.; Раммлинг, М.; Ретвилм, А. (2010). «Экспорт ядерной РНК пенистого вируса отличается от экспорта других ретровирусов» . Журнал вирусологии . 85 (5): 2333–2341. дои : 10.1128/JVI.01518-10 . ПМК 3067772 . ПМИД 21159877 .
- ^ Ахмед, Ю.Ф.; Хэнли, С.М.; Малим, Миннесота; Каллен, БР; Грин, WC (1990). «Структурно-функциональный анализ элементов ответа РНК HTLV-I Rex и ВИЧ-1 Rev: понимание механизма действия Rex и Rev» . Гены и развитие . 4 (6): 1014–1022. дои : 10.1101/gad.4.6.1014 . ПМИД 2116986 .
- ^ Брей, М.; Прасад, С.; Дубай, JW; Хантер, Э.; Жанг, КТ; Рекош, Д.; Хаммаршельд, МЛ (1994). «Небольшой элемент генома вируса обезьяны Mason-Pfizer делает экспрессию и репликацию вируса иммунодефицита человека типа 1 независимыми от версии» . Труды Национальной академии наук . 91 (4): 1256–1260. дои : 10.1073/pnas.91.4.1256 . ПМЦ 43136 . ПМИД 8108397 .
- ^ Браун, IC; Рорбах, Э; Шмитт, К; Изаурральде, Э (1999). «TAP связывается с конститутивным транспортным элементом (CTE) посредством нового РНК-связывающего мотива, которого достаточно для стимулирования CTE-зависимого экспорта РНК из ядра» . Журнал ЭМБО . 18 (7): 1953–1965. дои : 10.1093/emboj/18.7.1953 . ПМК 1171280 . ПМИД 10202158 .