Mатриксный белок ВИЧ-1: его функции в жизненном цикле вирусa

Алиса Букринская, Даниил Голубев

(BioVirus Research Inc. USA)

СПИД ворвался в человеческую популяцию в тот момент, когда его менее всего ожидали. 14 мая 1980 г. Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) провозгласила ликвидацию оспы, в течение тысячелетий терзавшую все человечество. Это была огромная победа цивилизации! Но...через год и 15 дней появилась новая болезнь – СПИД. Один из первооткрывателей вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) – возбудителя СПИДа – знаменитый американский вирусолог Роберт Галло писал в те годы: «Сообщение о СПИДе поразило сознание врачей в тот момент, когда ведущие авторитеты мировой медицины уверенно предсказывали грядущий конец всех эпидемий на земном шаре». Увы, конец эпидемий не наступил, «на смену» пандемии оспы пришла пандемия СПИДА – заболевания смертельно опасного, загадочного и –увы – еще не побежденного. СПИД остается неконтролируемой инфекцией, уже вызвавшей смерть 35 миллионов человек. Более 30 млн в разных концах планеты заражены вирусом иммунодефицита (ВИЧ), что, естественно, делает их потенциальными жертвами СПИДа.

Для разработки эффективных методов ограничения интенсивности репродукции ВИЧ в организме вирусоносителя, то есть для лечения ВИЧ-инфицированности, что одновременно является методом активной профилактики возникновения СПИДа, необходимо тщательное изучение жизненного цикла его возбудителей – вирусов иммунодефицита – ВИЧ-1 и ВИЧ-2. Этой проблемой занимаются самые выдающиеся специалисты всего мира. Уже созданы достаточно эффективные препараты, ограничивающие инфекцию и продлевающие жизнь зараженных людей. Однако, до полной победы над ВИЧ-инфекцией еще очень далеко. ВИЧ крайне «коварен» - он успешно «уклоняется» от действия защитных антивирусных факторов в пораженных клетках и лекарственных ограничений.

Для создания принципиально новых препаратов необходимо тщательное изучение «стратегии» вируса, с помощью которой он подчиняет клеточные механизмы и заставляет их «на свою погибель» синтезировать новые вирусные частицы. Это и лежит в основе патогенеза ВИЧ-инфекции.

Наши исследования посвящены изучению роли самого маленького структурного белка ВИЧ-1 – матриксного белка (МА) в патогенезе ВИЧ-инфекции на клеточном уровне. МА –мультифункциональный белок, участвующий на ранних и поздних стадиях вирусной репликации (Bukrinskaya, 2007). MA содержит мембранотропный и ядерный транспортные сигналы и рассматривается как челночный белок, способный курсировать между клеточной мембраной и ядром. МА синтезируется как часть главного вирусного белка Гаг, находясь на его N-конце. Благодаря своему мембранотропному сигналу, МА транспортирует Гаг белок, организующий сборку вируса, к плазматической мембране зараженной клетки, что способствует его необратимомому взаимодействию с мембранными липидами в сайтах сборки вируса («липидные рафты»).

В составе вирусной частицы МА находится в виде индивидуального белка и входит в состав вирусного прединтеграционного комплекса. Этот комплекс формируется после проникновения вируса в клетку. Он содержит вирусные гены и ряд вирусных белков, необходимых для проникновения комплекса в клеточное ядро и запуска инфекции. В составе комплекса находится уникальный вирусный фермент – обратная транскриптаза, которая ответственна за центральное для вирусной репродукции событие – «переписывание» (обратную транскрипцию) вирусной однонитчатой РНК в двухнитчатую ДНК. Прединтеграционный комплекс после своего возникновения транспортируется в клеточное ядро, и это проникновение является ключевым событием в патогенезе ВИЧ инфекции на клеточном уровне, так как находящиеся в комплексе вирусные гены встраиваются в клеточные хромосомы и полностью подчиняют себе все механизмы клеточой регуляции.

Комплекс вирусных генов в составе клеточных хромосом называется провирусом. Провирус широко использует не только клеточные механизмы транспорта и синтеза вирусных белков и генов, но и механизмы действия клеточных регуляторных белков, обеспечивая репликацию вируса и создания нового вирусного потомства. Одной из оригинальных стратегичических «находок» ВИЧ является способность вновь образованных вирусных частиц выходить из клеток посредством клеточных механизмов выведения шлаков.

Как уже отмечалось, МА входит в состав прединтграционного комплекса, но уже не как часть Гаг предшественника, а как индивидуальный белок, который отрезается от этого предшественника вирусной протеазой. МА участвует в сборке вируса: он способен проникать в клеточное ядро благодаря нуклеофильному сигналу и транспортироваться к клеточной мембране. Это обстоятельство позволило нам предположить, что МА участвует в экспорте в цитоплазму геномной вирусной РНК, где эта гРНК транслируется на матрице провирусной ДНК. Однако, есть и другие объяснения экспорта геномной РНК из ядра - посредством вирусного белка Rev.

На основе наших экспериментальных данных можно сделать вывод, что комплекс МА-гРНК экспортируется из ядра и по цитоскелету транспортируется к сайтам сборки ВИЧ-1 в плазматической мембране, где происходит его взаимодействие с Гаг белком и встраивание в формирующуюся вирусную частицу (Bukrinskaya A.G et al., 1992; Букринская и др., 2006). Цитоскелет широко используетася вирусом на ранних и поздних этапах инфекции. «Путешествие» по цитоскелету вирусных компонентов – основной вид внутриклеточного транспорта при ВИЧ-инфекции. Именно в цитоскелете происходит формирование прединтеграцинного комплекса и обратная транскрипция вирусной геномной РНК на ДНК с помощью фермента обратной транскриптазы (ревертазы). При использовании МА с мутацией сигнала комплекс МА-гРНК, обнаружен в цитоскелете (Воркунова и др., 2012). Подтверждением образования комплексов Гаг белка с геномной вирусной РНК в ядре зараженных клеток являются исследования ряда авторов, показавших, что такие комплексы выявлены у ряда ретровирусов, включая семейство лентивирусов, к которому относится ВИЧ-1 (Garbin-Hirst et al., 2009; Kelmer et al., 2010; Gudleski et al., 2010. В то же время есть данные о том, что в ядрах клеток, инфицированных ВИЧ-1 содержится слишком мало Гаг белка для того, чтобы образовать комплекс с гРНК и что такой комплекс с Гаг белком возникает не в клеточных ядрах, а при выходе из ядра в цитоплазму (Kutluay et al., 2010). Таким образом, существуют разные точки зрения о транспорте геномной вирусной РНК из ядер пораженных клеток и о месте ее встречи с главным белком сборки вирионов – белком Gag. Дальнейшие исследования должны внести ясность в детали этого важнейшего события в жизненном цикле ВИЧ-1.

Библиография

1. Bukrinskaya A. HIV-1 Matrix Protein. A Mysterious Regulator of the Viral Life Cycle.

Virus Research, 2007, 124, 1-11.

2. Bukrinskaya A., Vorkunova G., Tentsov Yu. HIV-1 Matrix Protein p17. Resides in Cell Nuclei in Association with genomic RNA.

AIDS Res. Hum. Retroviruses. 1992, 1795-1801

3. Букринская А.Г., Воркунова Г.К., Бурштейн М.В. Внутриклеточно нарезанный матриксный белок ВИЧ-1 упаковывается в вирионы. Доклады биологической науки. (Москва), 2006, 404,240-252.

4. Bukrinskaya A., Brichasek B.,Mann A., Stevenson M. Esteblishment of a Functional HIV-1reverse transcription complex involves the cytoskeleton. J. Exp. Med.1998, 188, 2113-2125.

5. Garbin-Hirst R., Kenney S.P. Parent I.J. Genetic Evidence for a Connection between Rous Sarcoma Virus gag Nuclear Trafficking and Genomic RNA Packaging. J.Virol. 83, 6790, 6790-6797.

6. Goudleski et al. Directionality of Nucleocytoplasmic Transport of the Retroviridal gag Protein Depends on Sequential Binding of Kariopherius and Viral RNA. PNAS 2010, 107, 9358-9363.

7. Kemler I., Mechan A., Poeschla E.M. Live Cell Coimaging of the Genomicl and Gag Proteins of two Lentiviruses. J. Virol., 2010, 84, 84, 6352-6366.

8. Kutluay S.,Bieniasz P.D. Analysis of the initiating events in HIV-1 partieles assembly and genome packaging. Plos pathogens, 2010, 6, 1-13.