Геномая организация ретровирусов
Геном всех ретровирусов включает две одинаковые одноцепочечные молекулы РНК (8000-10000 н.о.) позитивной полярности , имеющие кэп на 5'-конце и ро1у(A)-последовательность на З'-конце. Две молекулы РНК ассоциированы друг с другом 7-11-нуклеотидными участками на 5'-концах. Помимо геномной РНК в составе вирионов в небольшом количестве обнаруживается тРНК (как правило, триптофановая , пролиновая или лизиновая) , необходимая на этапе репликации вирусов.
Уникальной особенностью ретровирусов среди РНК-содержащих вирусов является то, что их позитивно-полярный геном не принимает участия в транскрипции , а становится основой для формирования интегрированного в хромосому провируса, последовательность которого служит матрицей для синтеза мРНК.
Геном ретровирусов ( рис. 192.2 ) содержит как кодирующие, так и некодирующие нуклеотидные последовательности. Многие некодирующие последовательности представляют собой специфические участки связывания регуляторных факторов.
В зависимости от уровня организации их геномов ретровирусы разделяют на две группы - простые и сложные.
Геном простых ретровирусов (к ним относится большинство онкогенных вирусов ) включает три кодирующих участка: gag , направляющий синтез матриксного белка, капсида и нуклеокапсида; pol , ответственный за образование ферментов обратной транскриптазы, протеазы (у некоторых ретровирусов этот белок кодируется С-концевой частью гена gag или смежной с нею последовательностью pro ) и интегразы ; env , кодирующий белки, формирующие вирусную оболочку. У большинства ретровирусов гены pol и env перекрываются и имеют разные рамки считывания. Порядок взаимного расположения генов одинаков для всех ретровирусов: 5'-gag-pol-env-3'.
Геномы сложных ретровирусов ( лентивирусы и спумавирусы ) в дополнение к генам gag, pol и env имеют последовательности, которые служат матрицей для синтеза регуляторных ( Tat и Rex HTLV ) и вспомогательных ( Vpr и Vif ВИЧ-1 ) белков.
Концевые участки ДНК-генома ретровирусов отличаются от концевых участков РНК-генома. На обоих концах ДНК-генома имеются идентичные последовательности, названные длинными концевыми повторами (LTR - long terminal repeats), которые выполняют регуляторные функции: содержат промоторы, участвуют в интеграции провируса в клеточный геном, в регуляции размножения вирусов ( рис. 2.13 ) и полиаденилировании вирусной РНК. Участок связывания праймера , необходимого для инициации обратной транскрипции, и последовательности, ответственные за сборку вирусов, находятся вне длинных концевых повторов.
Основные области LTR носят наименования U3 , R и U5 ; размеры их существенно различаются среди ретровирусов. Область U3 (75-250 н.о.) включает большинство элементов контроля транскрипции , последовательности энхансера и промотора . Точка инициации транскрипции отделяет U3 от области R (18-250 н.о.), обеспечивающей гомологию последовательностей, которая необходима для переноса цепи в ходе обратной транскрипции . Область U5 (75-250 н.о.) содержит сигнал полиаденилирования и совместно с областью R отвечает за посттранскрипционное присоединение poly(A)-последовательности. Кроме того, в этой области содержатся AТТ-сайты, необходимые на этапе интеграции. В составе вирусной РНК на 5'-конце находятся области R и U5, а на З'-конце - области U3 и R.
Кодирующие участки генома содержат структурные гены gag , pol и env . В результате транскрипции генов gag и pol образуется единая молекула мРНК, которая в большинстве случаев транслируется в полипротеин Gag . Однако часть молекул мРНК в результате сдвига рамки считывания дает большой полипротеин Gag-Pol .
При расщеплении полипротеина Gag образуются от трех до пяти капсидных белков.
Полипротеин Pol состоит из трех белков: обратной транскриптазы, интегразы и протеазы. Обратная транскриптаза обеспечивает образование на матрице вирусной РНК двухцепочечной ДНК, которая затем встраивается в клеточный геном при участии интегразы. Протеаза расщепляет полипротеин Gag-Pol на отдельные белки.
Ген env кодирует гликопротеиды внешней оболочки: один из белков обеспечивает адсорбцию вируса на мембранных рецепторах клетки и определяет тропность вируса; другой небольшой трансмембранный белок удерживает комплекс гликопротеидов во внешней оболочке.
Среди других важных для жизнедеятельности последовательностей ретровирусов выделяют: участок связывания праймера ( PBS - primer binding site ) размером 18 и.о., расположенный правее 5'-U5-области и комплементарный З'-концу тРНК, используемой в ходе обратной транскрипции; нетранслируемую лидерную последовательность (leader) длиной 90-500 н.о., участвующую в димеризации и упаковке РНК; полипуриновый тракт (PPT - poly-purine tract) - короткую последовательность из пуриновых (A и G) нуклеотидов, ответственную за инициацию синтеза позитивно-полярной цепи ДНК в ходе обратной транскрипции.
Строение ретровирусов показано на рис. 192.3 .
В геноме Т-лимфотропных вирусов человека между геном env и З'-длинным концевым повтором расположена нуклеотидная последовательность, кодирующая по меньшей мере два разных белка. Белок Tax с молекулярной массой 40000 сам не взаимодействует с ДНК, но запускает синтез клеточных факторов, стимулирующих транскрипцию клеточных генов. Белок Rex с молекулярной массой 27000 регулирует транскрипцию вирусных генов. Образование обоих белков обеспечивается альтернативным сплайсингом, в результате которого из одного транскрипта образуются две зрелые мРНК на основе различных, хотя и перекрывающихся экзонов .
Геномы всех лентивирусов , и особенно ВИЧ-1 и ВИЧ-2 , превосходят по размеру геномы других патогенных ретровирусов, поскольку между генами pol и env у них имеется дополнительный участок. Этот участок кодирует несколько белков, синтезируемых путем трансляции одной мРНК с различными рамками считывания. Белок Tat с молекулярной массой 14000 стимулирует экспрессию вирусных генов, связываясь с трансактивируемым регуляторным элементом (TAR) , расположенным в области длинных концевых повторов. Белок Rev регулирует у ВИЧ-1 сплайсинг транскриптов, а также транспорт РНК из ядра в цитоплазму. Он функционирует аналогично белку Rex у Т-лимфотропных вирусов человека . Белок Nef подавляет образование антигенов CD4 (на которых адсорбируется ВИЧ ), нарушает процесс активации Т-лимфоцитов и способствует распространению вирусной инфекции. Белок Vif необходим для правильной сборки нуклеокапсидов ВИЧ ; без этого белка нарушается образование ДНК провируса в некоторых типах зараженных клеток. Белки Vpr и Vpu / Vpx (соответственно у ВИЧ-1 и ВИЧ-2 ) синтезируются путем трансляции одной мРНК с различными рамками считывания.
Как уже было сказано, лентивирусы в отличие от онкогенных ретровирусов способны заражать непролиферирующие клетки. Эта способность в значительной степени зависит от белка Vpr , который облегчает перенос провируса в клеточное ядро, вызывает задержку пролиферации клетки в периоде G2 или дифференцировку некоторых клеток- мишеней. Белок Vpx структурно сходен с белком Vpr , но функция белка Vpx окончательно не установлена. Белок Vpu стимулирует разрушение CD4 в эндоплазматическом ретикулуме, а также выход вирусов из клетки.
Смотрите также:
