Element odpowiedzi HIV Rev

Element odpowiedzi HIV-1 Rev (RRE) jest wysoce ustrukturyzowanym, ~350 nukleotydowym segmentem RNA obecnym w regionie kodującym Env niesplicowanych i częściowo splicingowych wirusowych mRNA . W obecności białka pomocniczego HIV-1 Rev , mRNA HIV-1 , które zawiera RRE, może być eksportowane z jądra do cytoplazmy w celu dalszych zdarzeń, takich jak translacja i pakowanie wirionów.

Lokalizacja RRE w genomie HIV-1. RRE znajduje się w regionie kodującym Env wirusa HIV-1.

Biologia RRE i HIV-1

Wczesna faza

Eksport RNA HIV-1. We wczesnej fazie (u góry) transkrybowane wirusowe RNA (9 kb) są składane do 2 kb przed eksportem. Jeden z tych 2kb komunikatów jest tłumaczony na Rev, który jest następnie importowany do jądra. W późnej fazie (na dole), Rev wiąże RRE nowo transkrybowanych RNA przed splicingiem i eksportuje niesplicowane (9 kb) i częściowo splicowane (4 kb) wiadomości do cytoplazmy. Tłumaczenie tych komunikatów wytwarza późne białka wirusowe. Wiadomości 9 kb mogą również służyć jako genomy dla nowych wirionów.

Genom HIV-1 zawiera pojedynczy promotor i wykorzystuje wiele ramek odczytu oraz alternatywny splicing do kodowania 15 białek z jednego gatunku pre-mRNA. Transkrypcja ze zintegrowanego prowirusa HIV-1 generuje pojedynczy pre-mRNA o długości 9 kilozasad (kb), zawierający wiele miejsc splicingowych i sygnały retencji jądrowej. We wczesnej fazie cyklu życiowego wirusa ten pre-RNA jest całkowicie splatany z wolnymi od RRE komunikatami o wielkości 2 kb. Te mniejsze wiadomości są następnie transportowane z jądra do cytoplazmy za pośrednictwem standardowych szlaków eksportu jądrowego mRNA (patrz rysunek). Jeden z tych małych komunikatów o wielkości 2 kb koduje białko HIV-1 Rev, które jest importowane do jądra poprzez jego sekwencja lokalizacji jądrowej . Ta faza cyklu życia wirusa jest niezależna zarówno od Rev, jak i RRE.

Późna faza

Późna faza cyklu życiowego wirusa charakteryzuje się ekspresją białek wirusowych, które są zakodowane w długich, nieskładanych (9 kb) lub częściowo splicowanych (4 kb) komunikatach zawierających RRE. Ze względu na ich retencję i sygnały splicingu, te zawierające introny RNA są początkowo zatrzymywane w jądrze w celu splicingu/degradacji. Jednak po wytworzeniu wystarczającego poziomu Rev przez wiadomości 2 kb, te dłuższe wiadomości mogą być eksportowane do cytoplazmy poprzez szlak eksportu zależny od Rev. Eksport jądrowy tych RNA jest osiągany przez specyficzne, współpracujące składanie wielu cząsteczek Rev na RRE. Po złożeniu tego kompleksu Rev-RRE następuje rekrutacja kompleksu ludzkiego białka zawierającego białka eksportyny-1 (XPO1/CRM1) i Ran-GTP. Rev rekrutuje tę maszynerię eksportu poprzez jądrową sekwencję eksportu (NES) obecną w Rev. Ten kompleks Rev-RRE-Xpo1/RanGTP jest następnie transportowany do cytoplazmy. W cytoplazmie wiadomości te są tłumaczone w celu wytworzenia wszystkich pozostałych białek wirusowych lub pakowane jako genomy dla nowo pączkujących wirionów (patrz rysunek).

Struktura drugorzędowa i uznanie Rev

RRE jest wysoce ustrukturyzowanym elementem RNA. Prognozy obliczeniowe, później zweryfikowane przez sondowanie chemiczne i enzymatyczne, wskazują, że RRE zawiera wiele pętli łodyg i wybrzuszeń (patrz rysunek). Rev wiąże się z RRE w sposób specyficzny dla sekwencji z rozpoznawaniem Rev-RNA, w którym pośredniczy 17-resztowy odcinek a-helikalny na Rev, motyw bogaty w argininę (ARM).

Struktura drugorzędowa RRE. Struktura drugorzędowa minimalnego funkcjonalnego RRE (~250 nt). RRE zawiera kilka pętli macierzystych, z których najlepiej scharakteryzowano miejsce wiążące o wysokim powinowactwie, IIB. IIB jest konieczny, ale niewystarczający do eksportu za pośrednictwem RRE. Stem IA jest niedawno zidentyfikowanym, wtórnym miejscem wiązania. Pozostałe miejsca wiązania na RRE nie zostały jeszcze scharakteryzowane.

Trzon IIB: miejsce wiązania o wysokim powinowactwie

Stem IIB to miejsce na RRE, które Rev wiąże się z wysokim powinowactwem i specyficznością. Strukturę izolowanej łodygi IIB związanej z peptydem odpowiadającym Rev-ARM rozwiązano metodą NMR . Ta struktura ujawnia główny rowek RNA w formie A, poszerzony przez pary zasad puryna-puryna w bogatym w purynę wybrzuszeniu, aby pomieścić a-helikalny Rev-ARM. Wiązanie uzyskuje się poprzez połączenie styków specyficznych dla zasady i styków elektrostatycznych ze szkieletem fosforanowym (patrz rysunek). Nowsze badania zidentyfikowały inny region RRE, trzpień IA, który wiąże Rev w specyficzny sposób, ale z 5-krotnie słabszym powinowactwem niż trzpień IIB.

Struktura Rev-ARM/IIB. (Po lewej) Trzon IIB RNA (czerwony) Forma A głównego rowka obejmującego helisę α Rev-ARM (niebieska). Rev-ARM jest krótkim peptydem reprezentującym domenę wiążącą RNA Rev. (po prawej) Obrócony widok przedstawiający pary zasad puryna-puryna (żółty), które poszerzają główny rowek RNA.

Kooperacyjny zespół Rev wymagany do funkcji RRE

Chociaż łodygi IIB i IA mogą wiązać Rev w izolacji, RRE pełnej długości (co najmniej ~ 250 nt) jest wymagane do funkcji wirusa. Wiele cząsteczek Rev wiąże się z pełnym RRE w specyficzny i współpracujący sposób poprzez kombinację interakcji Rev-RNA i Rev-Rev. Uważa się, że IIB działa jako „punkt zakotwiczenia”, z cząsteczkami Rev związanymi w miejscach wtórnych (takich jak IA) stabilizowanymi przez interakcje białko-białko z innymi cząsteczkami Rev (oprócz interakcji RNA-białko). Badania biochemiczne na 242-nukleotydowym RRE ustaliły stosunek monomerów 6 Rev do każdego RRE.

W pewnym sensie RRE działa jak platforma rusztowania, na której montuje się specyficzny i współpracujący kompleks Revów (i ewentualnie komórkowa maszyneria eksportowa). Ta kooperatywność podyktowana strukturą i sekwencją RRE jest wymagana do utworzenia kompleksu o wysokim powinowactwie, zdolnego do eksportu. Obecne modele składania Rev na RRE sugerują początkowe zdarzenie zarodkowania Rev w łodydze IIB, po którym następuje stopniowe dodawanie cząsteczek Rev w celu utworzenia pełnego kompleksu.

Kompleksy Rev-RRE rekrutują dodatkowych partnerów

Po złożeniu kompleksu Rev-RRE należy dodać komórkową maszynerię eksportującą, aby przeprowadzić RNA przez pory jądrowe . Eksport jądrowy mRNA zawierających Rev-RRE osiąga się przy użyciu szlaku eksportu jądrowego ludzkiego Crm1 - RanGTP . Rev zawiera jądrową sekwencję eksportu (NES), która wiąże Crm1, a Crm1 wyprowadza cały kompleks z jądra.

Ostatnie struktury krystaliczne Rev, struktura Rev-ARM/Stem IIB oraz informacje o stechiometrii Rev-RRE doprowadziły do zaproponowania modelu meduzy dla funkcjonalnie aktywnego kompleksu. W tym modelu RRE zapewnia strukturalne rusztowanie do złożenia heksameru Rev, a ten zespół tworzy głowę meduzy. NES z monomerów 6 Rev tworzą „macki” meduzy, które mogą wchodzić w interakcje z białkami Crm1-RanGTP gospodarza. Cała ta „meduza” zostałaby następnie wyeksportowana do cytoplazmy (patrz rysunek).

Model meduzy złożenia Rev/RRE. Jest to schematyczne przedstawienie tego, jak może powstać zdolny do eksportu kompleks Rev-RRE: cząsteczki Rev gromadzą się na rusztowaniu RRE, tworząc zespół oligomeryczny. W modelu „meduzy” głowa meduzy składa się z oligomerów Rev i RRE; Rev-NES tworzą „macki”, które wchodzą w interakcję z Crm1 (pokazanym w modelu wypełnionym przestrzenią), przygotowując kompleks do eksportu.

Struktura trzeciorzędowa

Obrazy trzeciorzędowej struktury RRE (i kompleksu Rev-RRE) zostały uchwycone za pomocą mikroskopii sił atomowych . Obrazy te przedstawiają kulistą „głowę” z wystającą z niej długą łodygą i są zgodne z przewidywaniami 3D z modeli komputerowych, jak również z obrazów z mikroskopu elektronowego (EM) złożonych kompleksów Rev-RRE.

Rev-RRE jako cel leku

Ponieważ eksport RNA zawierających RRE jest niezbędny do replikacji HIV, połączenie RRE i Rev jest atrakcyjnym celem terapeutycznym. W celu zaprojektowania leków przeciwwirusowych do leczenia zakażenia HIV wdrożono różne metody cięcia RNA i badania przesiewowe małych cząsteczek . Rev i RRE są szczególnie atrakcyjnymi celami dla leków, ponieważ oba elementy występują w ramkach odczytu , które kodują inne białka (Tat i Env dla Rev, Env dla RRE), teoretycznie ograniczając potencjalne mutacje ucieczki. Jednak do tej pory nie ma klinicznie zatwierdzonych terapii ukierunkowanych na Rev-RRE.

Związek z innymi wirusami

Wszystkie złożone retrowirusy napotykają problem eksportu nieskładanych i częściowo splicowanych mRNA. Niektórzy używają systemów podobnych do Rev/RRE; obejmują one HIV-2 i SIV (Simian Immunodeficiency Virus), które wykorzystują własne systemy Rev-RRE, niektóre betaretrowirusy, które wykorzystują system Rem/RmRE, oraz wszystkie deltaretrowirusy, które wykorzystują systemy Rex/RxRRE.

Wiele prostych retrowirusów, w szczególności małpi wirus Mason-Pfizer (MPMV), nie koduje białka podobnego do Rev, ale zamiast tego wyewoluowało element RNA działający w układzie cis, konstytutywny element transportowy (CTE), który bezpośrednio wiąże się ze składnikami maszyny do eksportu mRNA gospodarza. CTE MPMV wynosi około 220 nukleotydów i składa się z dwóch identycznych miejsc wiązania dla komórkowego białka eksportowego Tap. Tap bezpośrednio wiąże wirusowe RNA i eksportuje je do cytoplazmy.

Zobacz też

Linki zewnętrzne