научная статья по теме КУЛЬТУРА КЛЕТОК МЛЕКОПИТАЮЩИХ КАК МОДЕЛЬ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВНУТРИКЛЕТОЧНОГО ТРАНСПОРТА БЕЛКОВ ДЕНСОВИРУСОВ Биология

Текст научной статьи на тему «КУЛЬТУРА КЛЕТОК МЛЕКОПИТАЮЩИХ КАК МОДЕЛЬ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВНУТРИКЛЕТОЧНОГО ТРАНСПОРТА БЕЛКОВ ДЕНСОВИРУСОВ»

ГЕНЕТИКА, 2015, том 51, № 2, с. 271-276

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 575:578:57.017.23

КУЛЬТУРА КЛЕТОК МЛЕКОПИТАЮЩИХ КАК МОДЕЛЬ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВНУТРИКЛЕТОЧНОГО ТРАНСПОРТА БЕЛКОВ ДЕНСОВИРУСОВ

© 2015 г. Е. Н. Козлов, Д. В. Муха

Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва 119991 e-mail: ugin.sfu@gmail.com; dmitryVmukha@gmail.com Поступила в редакцию 04.09.2014 г.

Проведено исследование внутриклеточной локализации слитого гибридного белка, состоящего из двух частей: зеленого флуоресцентного белка (GFP) (N-концевая часть) и одного из капсидных белков VP1 (С-концевая часть) денсовируса рыжего таракана BgDVl в пересеваемой культуре клеток человека HeLa. В контрольной серии экспериментов анализировали внутриклеточную локализацию GFP. Показано, что в результате транзиторной экспрессии соответствующих векторных конструкций гибридный белок локализуется строго в ядрах клеток HeLa, в то время как GFP локализуется как в ядре, так и цитоплазме трансфицированных клеток. Можно заключить, что сигнал ядерной локализации капсидного белка VP1 денсовируса рыжего таракана функционально активен не только в клетках этого насекомого, но и в пересеваемой культуре клеток человека. Данное наблюдение расширяет экспериментальные возможности для изучения генетического контроля внутриклеточного трафика капсидных белков денсовирусов.

DOI: 10.7868/S0016675815020113

Семейство вирусов Parvoviridae включает в себя два подсемейства: Parvovirinae, представители которого инфицируют позвоночных животных и человека, и подсемейство Densovirinae, представители которого инфицируют беспозвоночных животных. Подсемейство Densovirinae подразделено на пять родов: Ambidensovirus, Brevidensovirus, Hepandensovirus, Iteradensovirus, Penstyldensovirus; к настоящему времени описано около 40 видов этого подсемейства [1]. В отечественной научной литературе вирусы подсемейства Densovirinae называют денсовирусами. По структуре генома и особенностям жизненного цикла денсовирусы родственны представителям подсемейства Par-vovirinae и поэтому являются удобными модельными объектами для изучения патологических процессов, вызываемых вирусами этого подсемейства, представляющими опасность для человека, сельскохозяйственных и домашних животных [2]. Кроме того, денсовирусы представляют особый интерес, поскольку некоторые из них могут инфицировать беспозвоночных животных, имеющих экономическое значение, например, Lepidopteran iteradensovirus способен вызывать эпидемии, уничтожая культуры тутового шелкопряда, а Decapod hepandensovirus вызывает смертельные заболевания промысловых креветок. Особый интерес, с нашей точки зрения, представляет денсовирус BgDVl, вызывающий смертельные патологии у рыжего таракана Blattella germanica — синантропного вида насекомых, представ-

ляющего, как известно, значительную опасность для человека [3].

Денсовирус рыжего таракана (Б§ПУ1) был открыт относительно недавно [3]. К настоящему времени детально описана структура и стратегия экспрессии генома этого вируса [4]. Показано, что геном Б§ПУ1 имеет размер 5335 пн. Капсиды этого вируса содержат одноцепочечные линейные молекулы ДНК; примерно половина вирусных частиц содержит "+" цепи, вторая половина "—" цепи ДНК. При выделении тотальной ДНК в растворах с большой ионной силой происходит формирование двухцепочечной ДНК. Показано, что геном Б§ПУ1 содержит шесть открытых рамок считывания, две из которых (OR.F1 и ОЯР2) соответствуют белкам капсида, а ORF3, ORF4 и ORF5 — регуляторным белкам. Функциональная роль шестой рамки считывания остается неизвестной.

Экспрессия белков вирусного капсида происходит с двух транскриптов размером 2374 (белки УР1 и УР3) и 2603 нуклеотидов (белок УР2). Первый транскрипт представляет собой результат сплайсинга, при котором вырезается фрагмент РНК с 4121-го по 4491-й нуклеотид, при этом объединяются две открытые рамки считывания ORF1 и ORF2. Белок УР2 транслируется с не-сплайсированной РНК (2603 н), которая полностью соответствует ORF1. Белки капсида УР1 (97 кДа), УР2 (80 кДа) имеют общий С-концевой участок, полностью соответствующий белку УР3 (57 кДа),

и уникальные N-концевые участки (рис. 1). Показано, что примерно половина белков VP2 подвергается моноубиквитинированию [4].

В жизненном цикле денсовирусов можно выделить ряд стадий, совокупность которых позволяет вирусу успешно реализовывать свою генетическую программу. Такими стадиями являются взаимодействие вируса с мембраной, проникновение внутрь клетки, транспорт через цитоплазму к ядру, проникновение генетического материала вируса в ядро, репликация вирусной ДНК, транскрипция и трансляция вирусных генов, самосборка вирусных частиц и их выход из клетки хозяина [5—7].

Известно, что репликация вирусной ДНК и формирование вирусных частиц денсовирусов происходят в ядре [8, 9]. Однако механизм выхода вирусных частиц из ядра остается непознанным. Денсовирусы являются одними из наиболее мелких из описанных к настоящему времени вирусов — размер вирусных частиц равен 18—20 нм. Столь малый размер сопоставим с размером ядерных пор, что позволяет предположить трафик вирусных частиц денсовируса через ядерные поры без разрушения ядра клетки [10].

Очевидно, что как в проникновении синтезированных в цитоплазме капсидных белков денсо-вируса в ядро клетки, так и в выходе сформированных вирусных частиц через ядерные поры в цитоплазму ключевую роль должны играть сигналы ядерной локализации (NLS) и ядерного экспорта (NES), являющиеся составной частью аминокислотных последовательностей капсидных белков большинства денсовирусов.

Основной проблемой в изучении внутриклеточного трафика как капсидных белков, так и сформированных вирусных частиц денсовирусов является отсутствие удобной модельной системы. Понятно, что наиболее адекватной моделью может являться пересеваемая клеточная культура, полученная из организма-хозяина соответствующего вируса. Однако не из каждого организма можно получить стабильную пересеваемую клеточную культуру, более того, далеко не каждая клеточная культура удобна для проведения моле-кулярно-генетических манипуляций, например трансфекции клеток. Одним из выходов из описанной ситуации, с нашей точки зрения, может являться использование гетерологичных клеточных систем, которые легко поддерживаются в лабораторных условиях и с успехом используются для молекулярно-генетических исследований, например культуры клеток млекопитающих. Однако данное предположение требует экспериментальной проверки, поскольку, с одной стороны, млекопитающие значительно эволюционно уда-

лены от организмов-хозяев денсовирусов, с другой стороны — известно, что сигналы ядерной локализации и ядерного экспорта являются эволю-ционно консервативными структурами.

Целью данного исследования являлась проверка возможности использовать пересеваемую культуру клеток человека HeLa для изучения внутриклеточного трафика капсидных белков денсовируса рыжего таракана.

Посредством программы wolfpsort (http:// www.genscript.com/psort/wolf_psort.html) в С-кон-цевой части всех трех капсидных белков BgDVl предсказан двухчастный сигнал ядерной локализации (PTKKNKP 290-297 аа, KKWK 347-351 аа), а в уникальном N-концевом участке белка VP2 — сигнал выхода из ядра (ELDRLL 64-69 аа) (рис. 1).

Ранее при изучении пересеваемой культуры клеток рыжего таракана, инфицированных вирусом BgDVl, было показано, что белок VP1 имеет ядерную локализацию [4]. В рамках данной работы нами описана внутриклеточная локализация белка VP1 в процессе транзиторной экспрессии кДНК, соответствующей этому белку, в пересеваемой культуре клеток человека HeLa.

кДНК, соответствующая белку VP1, была нами ранее клонирована в вектор pGEM-T-Easy (Promega). Для получения векторной конструкции, необходимой для трансфекции культуры клеток HeLa, ранее клонированный фрагмент ам-плифицировали методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с использованием праймеров, фланкирующих заданный участок ДНК. Ампли-фицированный фрагмент ДНК клонировали в вектор pcDNA3.1/NT-GFP-TOPO (Invitrogene). В результате была получена векторная конструкция, позволяющая экспрессировать под контролем промотора цитомегаловируса в пересеваемой культуре клеток человека HeLa слитый гибридный белок, состоящий из двух частей: зеленого флуоресцентного белка (GFP) (N-концевая часть) и VP1 (С-концевая часть). В качестве контроля в данном эксперименте использовали коммерческую плазмиду pcDNA3.1/NT-GFP-TOPO (Invitrogene), позволяющую экспрессировать под контролем промотора цитомегаловируса белок GFP. Известно, что белок GFP (в отличие от белка VP1) не содержит в своем составе сигнал ядерной локализации и, как следствие, равномерно распределяется по всему объему клетки [11]. Предполагалось, что сравнительный анализ внутриклеточной локализации этих двух белков позволит сделать вывод о функциональной активности сигнала ядерной локализации капсидного белка VP1 в эволюционно удаленных от насекомых клетках HeLa.

>VP1

MSTSGLESVPLLPVNSATVEYGGIEPKVHSGYGASRLPVKPTSAAGGAGAQYDKIFQSQLGRAASSGNPLHVFKSRDE

YYNSVPWELRRLPFAERDRLIKPYGVfCWDKVSKAQYAQHWKLVNPRAGQKRIQQGIVLPFSNNIGPGNTIQDAKTGSD

FIAQGHDIHYSEAKSDIDIQRADTEAIGQFIQEATHSHNPISQTQGVIGAVGLAGKQLVEKLTGKVQYGSPQQSQGGT

SMS ЕЮ PVAGP S SR P D PV PAQLPVQP ST IQE F AQTMSAPEAIVTGKRGAEE PD SAS TPTKTOJKPSEHSGSRL PG

TSGNTDGSMGSSTMLDLDASRGIMPISRGIHVEKFEWTFTKKWKFLSFGVADVILPDDIGTTTAPAKRWA

LTTSLVNIPWEYAFMYMSFAEFNRLREMTGVFATDCDIKIYQYNPRVAFQTADTNSTQATLNQNKFTRIA

KGLRNNPH L FG SD RDY T F S S D E PMK PLGFE TNAD Q Y T GQKFRD RL S KEMYGTT TRTTNT PTVPAISTGKE

MGLLRYYTVYASQTIDSGFPQYNKYCSEFNSMDLIGKQVLSAHHDFKYAPLTTRARHYQDSIYLPGDIPE

KKESQPANVVIPAGSKIVDLQSVRMPSTGFSAVEGANSRKEDAMTLGHLQVGGVDLKTGEALSNSTFTDF

D T L Y TKF PME QGG L YNEAGY Q GAT С GD QE S L HVGVRAV PKL GTAVNT INAS S WL D CQMYWTVE CRLRCV S

TEPFTYPRGNVSDIPLRSQFTAATKTAPMLQTFDRPYFYGKPQRVLNSVEL

>VP2

M PVN YNKPP PYERPNWE RMNEGQRRYAMEQYNLALVRRGQY FE PPIAARPPS PAPNNAIQDL DEL DR IiL DN F PI GS P OOSOGGTSHS DOPVAGP SSRPD PVPAOLPVOPS TIOEPAOTMSAPEAIVTGKRGAE E PD SAST PTKKNKPSEH 3 GSALPGTSGNTDGSMGSSTMLDLDASRGIMPISRGIHVEKFEWTFTKKWKFLSFGVADVILPDDIGTTTA PAKRWALTTSLV

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком