Гены и белки ВИЧ
gag. Первая открытая рамка кодирует внутренние белки вириона. Эти белки вместе с белками, кодируемыми геном pol, прочитываются, как и у других ретровирусов, с полноразмерной РНК в 9300 нуклеотидов. В результате трансляции этой иРНК (см. Рисунок 2) образуется предшественник с мол. Массой 55 кД. В процессе дальнейшего протеолитического расщепления этот белок нарезается на p17, p24, p9 и р7. Согласно наблюдениям, в сыворотках больных СПИД обнаруживаются антитела ко всем этим продуктам. Значительную фракцию составляют антитела к р24 - основному внутреннему белку вириона. Антитела к р24 обычно появляются на ранних стадиях заболевания и часто исчезают по мере его прогрессирования.
pol. Как и у других ретровирусов, кодируемые этим геном белки считываются в виде gag-pol предшественника. Поскольку рамка считывания гена pol не совпадает с рамкой gag, при созревании иРНКpol должно происходить удаление небольшого интрона, сдвигающее рамку считывания. Анализ первичной нуклеотидной последовательности области перекрывания генов gag и pol выявляет присутствие там нескольких участков, которые могут выполнять функцию акцепторных сайтов сплайсинга. Другим механизмом совмещения рамок считывания является так называемый “перескок рамки” при трансляции. В результате рибосомы “перепрыгивают” через стоп-кодон, ограничивающий рамку gag, и прочитывают pol уже в правильной рамке считывания. Подобный механизм описан для некоторых ретровирусов.
Ген pol кодирует 3 фермента: протеазу (р22), обратную транскриптазу (р64/53) и эндонуклеазу (р31). Эти белки образуются в результате протеолитического расщепления предшественника с молю массой 150кД. Несмотря на относительно небольшое количество этих белков в вирионе (примерно 2 молекулы на вирион), антитела к ним выявляются в сыворотках больных СПИДом. Наиболее ярко выражена реакция с р31.
sor.Tретья открытая рамка перекрывается с 3`-концом гена pol и кодирует белок с молю массой 23 кД. Антитела к этому белку удается выявить в сыворотках больных СПИДом. По-видимому, белок транслируется со сплайсированных полиаденилированных РНК размером 5500 и 5000 нуклеотидов (см. Рисунок 2). Как показали опыты с использованием инфекционной провирусной ДНК ВИЧ, мутации в области гена практически не влияли на способность вируса реплицироваться и оказывать цитопатогенное действие на CD4-клеточную линию, если не считать небольшого замедления этих процессов по сравнению с исходным вирусом. Тем не менее, высокая консервативность нуклеотидной последовательности гена sor указывает на наличие какой-то функции продукта этого гена в жизненном цикле вируса. Возможно, эта функция важна при репликации в нелимфоидных клетках, например в нервных и ретикулоэпителиальных.
env. иРНК, кодирующая белки оболочки вириона, образуется в результате сплайсинга, приводящего к удалению из геномной РНК большого интрона, содержащего гены gag, pol и sor (см. Рисунок 2). Образующаяся иРНК размером 4300 нуклеотида содержит открытую рамку с типичным инициирующим AUG, которая может направлять синтез белка, состоящего из 861 аминокислотного остатка с мол. массой 97.5 кД. Этот белок предшественник в дальнейшем обильно гликозилируется, в результате чего его мол. масса возрастает до 160 кД. Предшественник содержит 3 гидрофобные области, характерные для оболочечных белков других ретровирусов. Первый гидрофобный участок (с 17-й по 31-ю аминокислоты) соответствует сигнальному пептиду, второй находится в районе сайта протеолитического расщепления белка-предшественника, третий является частью трансмембранного белка. В результате протеолитического расщепления образуется 2 сильно гликозилированных белка: наружный белок оболочки gp120 и трансмембранный белок gp41. Интересной особенностью трансмембранного белка является наличие необычно длинной последовательности (длиной в 150 аминокислотных остатков) гидрофильных аминокислот вслед за гидрофобной частью трансмембранного белка. Эта последовательность, по-видимому, является внутриклеточным фрагментом gp41. Еще, как показали исследования, правильный процессинг gp160 происходит не во всех клеточных линиях. От чего это зависит, пока неизвестно.
3`-orf. Эта открытая рамка расположена между 8347-м и 8992-м нуклеотидами и простирается, таким образом, в U3 область 3`-LTR. Кодируемый этим геном белок имеет мол. массу 27 кД и транслируется со сплайсированной иРНК размером 1800 нуклеотидов.
Хотя антитела к этому белку удается выявить в крови больных СПИДом, он не является абсолютно необходимым для репликации вируса. Продукт 3`-orf оказывает влияние на цитопатогенность вируса.
tat-3. Явление трансактивации было впервые описано для ретровирусов человека HTLV-1 и HTLV-2. Белок, осуществляющий функцию трансактивации, кодируется у этих вирусов небольшой открытой рамкой, расположенной на 3`-конце генома после гена env. Механизм его действия заключается в активации транскрипции структурных генов вируса, вследствие чего ген, кодирующий белок-трансактиватор, был назван tat (transactivator of transcription).
Феномен трансактивации выражен у ВИЧ на несколько порядков сильнее, чем у HTLV-1 и HTLV-2. Как сейчас стало ясно, за этот процесс у ВИЧ отвечают по крайней мере, 2 гена: tat-3 и art (trs). Первый из них кодируется иРНК размером около 2000 нуклеотидов, образующейся в результате сложного сплайсинга (см. Рисунок 2). Механизм действия белка tat-3 у ВИЧ значительно сложнее, чем у аналогичных белков tat вирусов HTLV-1 и HTLV-2.
Продукт гена tat-3 - белок с мол. массой 14 кД, выявляемый с помощью сывороток больных СПИД. Мутации в 5`-области первого кодирующего экзона tat-3 нарушают способность вируса синтезировать структурные белки и реплицироваться. Эти мутации могут быть комплементированы в клеточных линиях, постоянно экспрессирующих tat-3 белок. Сейчас получены линии как В- так и Т-лимфоцитов, стабильно трансформированных tat-3 геном и продуцирующих белок-трансактиватор. Другие клеточные линии, например HeLa, продуцирующие функциональный tat-3 белок, также могут поддерживать размножение мутантного по tat-3 ВИЧ. Использование подобных клеточных линий и клонированных провирусных ДНК, содержащих различного размера делеции в tat-3 гене, позволило изучить механизмы действия кодируемого этим геном белка.
art (trs). Другим белком, участвующим в регуляции экспрессии структурных генов ВИЧ является продукт гена art (antirepression transactivator - антирепрессорный трансактиватор). Транслируется он, по-видимому, с иРНК, принадлежащей к тому же классу молекул размером 2000 нуклеотидов, что и иРНКtat-3. Кодирующие экзоны гена art перекрываются экзонами tat-3 (см. Рисунок 2), а при сплайсинге используются те же акцепторные и донорные сайты. Однако при трансляции art функционирует инициаторный AUG с координатой 5500, а не 5412, как для гена tat-3. В результате, art читается со сдвигом рамки отностительно tat-3, что приводит к уменьшению ее кодирующей рамки в первом транслируемом экзоне с 214 до 76 нуклеотидов и к увеличению во втором с 44 до 271 нуклеотида. Синтезируемый белок состоит из 116 аминокислотных остатков, причем основная доля приходится на аминокислоты, проявляющие основные свойства. Подобные белки обладают сродством к нуклеиновым кислотам и часто регулируют экспрессию генов.
Действие продукта art осуществляется на посттранскрипционном уровне. По-видимому, он активирует трансляцию иРНК структурных генов gag и env, снимая действие специфических негативных регуляторов (см. ниже). Наряду с этим продукт art участвует и в регуляции сплайсинга РНК, в связи с чем для указанного гена было предложено другое название - trs (transregulator of splicing - трансрегулятор сплайсинга).
Структура вируса
Особенности возбудителя СПИДа
Новые варианты вируса СПИДа
Строение вирусной частицы ВИЧ
Строение генома и экспрессия генов вич
Гены и белки ВИЧ
Регуляция экспрессии вирусных генов
Теории происхождения ВИЧ
Молекулярный патогенез ВИЧ
Механиз взаимодейсвия ВИЧ с различными звеньями иммунной системы
Влияние ВИЧ на Т-хелперы
Взаимодействие с Т-супрессорами
Результаты взаимодействия с В-клетками
Макрофаги и ВИЧ
Взаимодействие с моноцитами
Взаимодействие с другими клетками организма
Система интерферона при ВИЧ инфекции
