БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ, 2007, том 24, № 5, с. 355-362
== ОБЗОРЫ
УДК 578.23
ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ ТРАНСПОРТ ВИРУСА ИММУНОДЕФИЦИТА ЧЕЛОВЕКА
© 2007 г. А. Г. Букринская, М. И. Букринский*
ГУ НИИ вирусологии им. Д.И. Ивановского РАМН, 123098 Москва, ул. Гамалеи, 16, Россия; электронная почта: bukrinskaya@yandex.ru *Университет Джорджа Вашингтона, Вашингтон, США Поступила в редакцию 4.04.2007 г.
После проникновения в клетку геном-содержащие структуры вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) транслоцируются от плазматической мембраны в клеточное ядро, где происходит ключевое событие инфекции - интеграция вирусного генома в клеточные хромосомы. После экспрессии генома вирусные структуры перемещаются в противоположном направлении, от ядра к плазматической мембране, месту сборки и почкования вируса. Для внутриклеточной транслокации вирус использует транспортные механизмы клетки-хозяина, которые эффективно контролируются как вирусными, так и клеточными белками. Клеточные белки действуют в тесном взаимодействии с вирусными структурами, распознавая их и способствуя экспрессии заложенных в них транспортных сигналов. В этом обзоре описаны функции одного из основных регуляторов транслокации - вирусного матриксного белка, обладающего как мембранотропным, так и нуклеофильным сигналами и регулирующего внутриклеточный транспорт вируса на всем протяжении его жизненного цикла. Приведена собственная концепция существования двух форм матриксного белка с разными функциями. Изучение механизма внутриклеточного транспорта вирусных структур позволит более детально охарактеризовать транспортную машину клетки и выявить мишени для конструирования новых анти-ВИЧ препаратов.
Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) относится к подсемейству лентивирусов семейства ре-тровирусов (рис. 1). Геном ВИЧ, как и других ре-тровирусов, после проникновения в клетку транспортируется к сайтам интеграции в клеточный геном. В результате интеграции образуется про-вирус - группа вирусных генов в составе клеточной хромосомы. После экспрессии провируса вирусные структуры транслоцируются к плазматической мембране клетки, где происходит сборка и почкование вирусных частиц. Таким образом, на ранней стадии инфекции вирусные структуры двигаются к ядру, а на поздней стадии - в противоположном направлении, к плазматической мембране (рис. 2). Эти процессы транслокации осуществляются с использованием механизмов транспорта клетки-хозяина. Изучение этих механизмов осложняется, во-первых, тем, что транспортная машина клетки до настоящего времени недостаточно изучена и, во-вторых, тем, что существуют различия в транспорте вирусных структур в зависимости от типа клеток и вариантов вируса. Изучение путей и механизмов транспорта вирусных компонентов может способствовать выявлению новых мишеней для специфических противовирусных средств, блокирующих транслокацию вирусных структур в клетке и инфекционный процесс.
Интеграция вирусного генетического материала в геном клетки-хозяина является ключевым
событием в жизненном цикле вируса, обусловливая экспрессию вирусного генома и репликацию вируса. Поэтому жизненный цикл вируса четко делится на две фазы: раннюю - до интеграции и позднюю - после интеграции. Ранняя фаза вклю-
6
Рис. 1. Схема строения вириона ВИЧ. 1 - Шипы, состоящие из гликопротеинов gp120 (глобула) и gp41 (стержень). 2 - Липопротеиновая оболочка. 3 - Мат-риксный белок (р17). 4 - Сердцевина, футляр образован капсидным белком СА (р24). 5 - Геномная вирусная РНК, связанная с нуклеокапсидным белком № (р7). 6 - Интеграза.
Рис. 2. Схема внутриклеточного транспорта компонентов ВИЧ. 1 - Вирионы. 2 - Раздевание вируса. 3 - Актиновые волокна цитоскелета. 4 - Вирусный предынтеграционный комплекс. 5 - ДНК-провирус. 6 - Продукты экспрессии про-вируса. Жирные черные стрелки показывают движение предынтеграционного комплекса к ядру по актиновым волокнам цитоскелета, а продуктов провируса - к липидным рафтам плазматической мембраны.
чает в себя проникновение генетического материала вируса в клетку, раздевание проникших вирусных структур, формирование обратно-транскриптазно-го комплекса (ОТК) и обратную транскрипцию, формирование предынтеграционного комплекса (ПИК), его транспорт в ядро и интеграцию вирусного генома с геномом клетки-хозяина. На поздней фазе происходит экспрессия провируса -транскрипция и трансляция, транспорт вирусных структур к месту сборки вируса, сборка вирусных частиц и их выход из клетки. Две фазы жизненного цикла ВИЧ резко отличаются друг от друга направлением транспорта вирусных компонентов и использованием разных клеточных механизмов транслокации. К сожалению, ранняя фаза изучена значительно хуже, чем поздняя, хотя именно предынтеграционные процессы определяют возможность заражения клеток лентивирусами, представителем которых является ВИЧ, и содержат основные мишени для используемых в настоящее время антивирусных препаратов.
Заражение чувствительных клеток при ВИЧ-инфекции начинается с узнавания специфических клеточных рецепторов, прикрепления вируса к клеточной поверхности и последующего слияния (фузии) вирусной и клеточной мембран при участии вирусных гликопротеинов епу. В результате в цитоплазму высвобождается сердцевина вирио-нов конической формы, содержащая геномную вирусную РНК. Сердцевина окружена футляром, образованным капсидным белком вируса СА, про-
дуктом гена gag. В состав сердцевины кроме кап-сидного белка входят другие Gag-белки - нуклео-капсидный белок р7, тесно связанный с геномной вирусной РНК и защищающий ее от клеточных нуклеаз [1]; матриксный белок р17 (МА), обладающий транспортными сигналами (мембранотропным и нуклеофильным) [2]; ферменты - продукты гена pol, обратная транскриптаза и интеграза, вирусные белки Vpr и Nef, а также некоторые клеточные белки и тРНК [3] (см. также обзоры [4-6]). Эти компоненты входят в состав ОТК, в котором осуществляется обратная транскрипция - переписывание геномной РНК на комплементарную двух-цепочечную ДНК. Комплекс имеет высокую плавучую плотность (1.34 г/мл), значительно большую, чем плотность вирионов (1.16 г/мл).
Процесс раздевания заключается в удалении окружающего ОТК футляра, состоящего из молекул СА. Футляр обеспечивает стабильность комплекса и облегчает инициацию обратной транскрипции [7]. В футляре имеются поры, достаточные для проникновения в сердцевину нуклеотидов [8]. Как ускорение, так и замедление раздевания негативно сказываются на репликации вируса, и инфекция замедляется или блокируется [9, 10]. При преждевременном разрушении футляра, например клеточным белком TRIM5a, происходит подавление обратной транскрипции [11]. Возможно, этот эффект осуществляется непрямым путем в результате транслокации ОТК в протеасомы [12]. При заражении клеток вирусом с двумя му-
тациями в белке СА раздевание нарушается, и часть молекул СА не удаляется с поверхности ОТК. В результате предынтеграционный комплекс теряет способность транспортироваться в ядро, и инфекционность вируса резко снижается [13]. Таким образом, удаление футляра из молекул СА с поверхности сердцевин - раздевание -является одним из ключевых этапов ВИЧ-1-ин-фекции. Хотя обратная транскрипция начинается уже в сердцевине, до удаления футляра, тем не менее, после удаления футляра реакция резко усиливается. На ранних этапах раздевания, когда комплекс еще содержит молекулы СА, вирусная ДНК в его составе доступна действию клеточных нуклеаз, в то время как в зрелом комплексе ДНК полностью защищена от них [14].
Механизм удаления СА с поверхности ОТК неизвестен, есть данные о том, что в этом процессе принимают участие клеточные факторы и вирусный белок Nef [15]. Раздевание - это энергозависимый процесс, возможно, АТР необходима для активирования клеточных факторов [16].
Формирующийся после раздевания ОТК быстро связывается с актиновыми волокнами цитос-келета. Микрофиламенты актина находятся непосредственно под плазматической мембраной и служат основой для функционировав ОТК. При деполимеризации актина с помощью цитохалази-на В обратная транскрипция резко подавляется [17]. В результате связывания с актином меняется конформация комплекса и происходит его активация, белковый состав комплекса оптимизируется и обусловливает как защиту обратных тран-скриптов от нуклеазной активности, так и взаимодействие с клеточными факторами при ядерном импорте.
Взаимодействие ОТК с актиновыми волокнами, по-видимому, обусловлено одним из белковых компонентов комплекса, скорее всего, МА, который находится снаружи от нуклеокапсидно-го белка и вирусной РНК и способен связываться с актином [18]. Небольшое количество молекул МА находится в сердцевине вирионов. Таким образом, МА прочно связан с ОТК с момента его формирования [2]. На N-конце МА расположен мембранотропный сигнал - миристиловая кислота, обусловливающая транспорт и ассоциацию белка и связанных с ним компонентов с плазматической мембраной клетки. Однако МА может существовать в двух состояниях: с экспонированным мембранотропным сигналом и с миристила-том, погруженным в карман на поверхности белка. Если в первом случае МА и связанные с ним компоненты транспортируются к мембране, то во втором случае белок лишается мембрано-тропных свойств [19]. Именно этим обстоятельством может объясняться ассоциация МА и связанного с ним ОТК на этой стадии не с плазмати-
ческой мембраной клетки, а с цитоскелетом. Возможным регулятором локализации МА является также фосфорилирование белка по остаткам серина с помощью протеинкиназы С. Вскоре после проникновения вируса в клетку из 10 остатков серина в МА фосфорилируются примерно пять, и фосфорилированный МА утрачивает свои мембранотропные свойства и входит в состав ОТК, в то время как нефосфорилированный белок остается на плазматической мембране [20, 21]. Участие МА и других Gag-белков в процессах обратной транскрипции и транспорта ОТК подтверждают данные о том, что при заражении клеток вирусом с мутациями в гене gag обратная транскрипция полностью блокируется [22].
Актиновые волокна обеспечивают быстрый и надежный транспорт ОТК к клеточному ядру, позволяя преодолеть вязкость цитоплазмы,
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.