Hvordan HIV-1 samler sine dele: nye detaljer om Gag-proteinets interaktion med viralt RNA

Et internationalt team af forskere fra University of Tokushima og National Institute of Infectious Diseases of Japan præsenterede i Frontiers in Microbiology en omfattende gennemgang af de molekylære mekanismer bag pakning af human immundefektvirus type 1 (HIV-1), hvor interaktionen mellem dets strukturelle protein Gag og genomisk RNA (gRNA) spiller en nøglerolle.

Hvad ved man om HIV-1-pakning?

HIV-1 består af en ydre skal, hvori virusproteiner er indlejret, og en indre kondenseret kerne, der indeholder to kopier af dets genomiske RNA. Gag-proteinet, virussens "skelet", styrer hele processen med at sammensætte en ny viruspartikel:

1. Membranbinding: Det N-terminale domæne af matrixproteinet (MA) genkender specifikke lipider i værtscellemembranen og lokaliserer Gag på den ønskede placering.
2. gRNA-pakning: NC-domæneregionen (nukleokapsiddomæne) i Gag interagerer selektivt med "ψ-elementet" på det virale RNA, hvilket sikrer, at præcis to gRNA-strenge indfanges.
3. Multimerisering og dannelse af stillads: CA (kapsid)-domænet fremmer dannelsen af seksdimensionelle Gag-ringe, der organiserer sig i et ungt "gitter" under plasmamembranen.
4. Virionmodning: Efter spaltning fra membranen "skærer" virusproteasen Gag i modne komponenter (MA, CA, NC og p6), hvilket fører til dannelsen af den infektiøse form af partiklen.

Nye data om rollen af Gag-gRNA-interaktioner

Gennemgangen fremhæver flere vigtige opdagelser fra de seneste år:

• Differentiel pakning af forskellige former for RNA. Ud over gRNA i fuld længde kan virionet delvist indfange subgenomiske transkripter, men det er det dobbeltstrengede RNA i fuld længde med ψ-steder, der sikrer dannelsen af komplette partikler.
• Regulering af antallet af pakker. Antallet af Gag-monomerer pr. vesikeldannelse er tæt koordineret med tilstedeværelsen af gRNA: dets fravær fører til dannelsen af "tomme" urealiserede strukturelle proteiner.
• Interaktion på tværs af domæner. Forbindelsen mellem NC- og CA-domænerne overlapper processen med RNA-pakning og kapsidsamling: de mindste mutationer i NC fører til umodne strukturer, der ikke er i stand til at inficere nye celler.

Metoder og beviser

Forfatterne kombinerer data fra kryo-elektronmikroskopi, biofysiske analyser af protein-RNA-interaktioner og cellulære eksperimenter med mutante versioner af Gag. Disse tilgange muliggør:

• Visualiser konformationsændringer af Gag ved gRNA-binding.
• At kvantificere, hvordan forskellige ψ-elementer påvirker stabiliteten af Gag-RNA-komplekset.
• Demonstrer et fald i udbyttet af infektiøse virioner, når nøglekontakter afbrydes, hvilket bekræfter deres uundværlighed.

Terapeutiske perspektiver

Forståelsen af de præcise molekylære "låse og nøgler" i Gag-gRNA åbner en ny grænse inden for antiretroviral behandling:

• Søg efter småmolekyle-antagonister. Lægemidler, der forhindrer bindingen af NC-domænet til ψ-elementer, kan stoppe viruspakningen på stedet.
• Udvikling af peptidinhibitorer. Syntetiske fragmenter, der efterligner ψ-stedet, er i stand til at "opfange" Gag før kontakt med det ægte gRNA.
• Kombinationsmetoder. Kombinationer af klassiske proteasehæmmere og "pakke"-lægemidler kan give en synergistisk effekt, hvilket reducerer sandsynligheden for dannelse af resistente stammer.

Konklusion

Denne artikel forbedrer vores forståelse af den sidste fase af HIV-1's livscyklus og giver et evidensgrundlag for innovative interventioner. Trin for trin bevæger forskere sig tættere på at vende pakningen af virussens RNA fra en styrke til en sårbarhed, hvilket kan være et vigtigt supplement til eksisterende antiretrovirale strategier.