HIV Rev respons element

HIV -1 Rev-svarselementet (RRE) är ett mycket strukturerat, ~350 nukleotider RNA- segment som finns i den Env- kodande regionen av osplitsade och delvis splitsade virala mRNA . I närvaro av HIV-1- accessoarproteinet Rev , kan HIV-1 m -RNA som innehåller RRE exporteras från kärnan till cytoplasman för nedströmshändelser såsom translation och virionförpackning.

RRE-plats i HIV-1-genomet. RRE är beläget inom den Env-kodande regionen av HIV-1.

RRE och HIV-1 biologi

Tidig fas

Hiv-1 RNA export. I den tidiga fasen (överst) splitsas transkriberade virala RNA (9 kb) ner till 2 kb före export. Ett av dessa 2kb-meddelanden översätts för att producera Rev som sedan importeras till kärnan. I den sena fasen (botten) binder Rev RRE från nyligen transkriberade RNA före splitsning och exporterar de osplitsade (9kb) och delvis splitsade (4kb) meddelandena till cytoplasman. Översättning av dessa meddelanden producerar sent stadium virala proteiner. 9 kb meddelanden kan också fungera som genom för nya virioner.

HIV-1-genomet innehåller en enda promotor och använder flera läsramar och alternativ splitsning för att koda för 15 proteiner från en enda pre-mRNA-art. Transkription från ett integrerat HIV-1-provirus genererar en enda 9 kilobas (kb) pre-mRNA som innehåller flera splitsningsställen och nukleära retentionssignaler. I den tidiga fasen av den virala livscykeln splittras detta pre-RNA fullständigt till RRE-fria meddelanden på 2 kb. Dessa mindre meddelanden transporteras sedan från kärnan till cytoplasman via standardmRNA-kärnexportvägar (se figur). Ett av dessa små meddelanden på 2 kb kodar för HIV-1 Rev-proteinet som importeras till kärnan via dess nukleära lokaliseringssekvens . Denna fas av virusets livscykel är oberoende av både Rev och RRE.

Sen fas

Den sena fasen av den virala livscykeln kännetecknas av uttrycket av virala proteiner som kodas på de långa, osplitsade (9 kb) eller delvis splitsade (4 kb) meddelandena som innehåller RRE. På grund av deras retentions- och splitsningssignaler hålls dessa introninnehållande RNA initialt kvar i kärnan för splitsning/nedbrytning. Men efter att en tillräcklig nivå av Rev har producerats av 2 kb-meddelandena, kan dessa längre meddelanden exporteras till cytoplasman via en Rev-beroende exportväg. Kärnexport av dessa RNA uppnås genom en specifik, kooperativ sammansättning av flera Rev-molekyler på RRE. Montering av detta Rev-RRE-komplex följs av rekryteringen av ett humant proteinkomplex innehållande proteinerna exportin-1 (XPO1/CRM1) och Ran-GTP. Rev rekryterar detta exportmaskineri via en nukleär exportsekvens (NES) som finns i Rev. Detta Rev-RRE-Xpo1/RanGTP-komplex transporteras sedan till cytoplasman. I cytoplasman översätts dessa meddelanden för att producera alla återstående virala proteiner eller förpackas som genom för nyligen spirande virioner (se figur).

Sekundär struktur och Rev Recognition

RRE är ett mycket strukturerat RNA-element. Beräkningsförutsägelser, senare verifierade genom kemisk och enzymatisk sondering, indikerar att RRE innehåller flera stamslingor och utbuktningar (se figur). Rev binder till RRE på ett sekvensspecifikt sätt med Rev-RNA-igenkänning medierad av en 17-rester a-spiralsträcka på Rev, Arginine-Rich-Motif (ARM).

RRE sekundär struktur. Sekundär struktur för den minimala funktionella RRE (~250 nt). RRE innehåller flera stamslingor, den mest väl karakteriserade är bindningsstället med hög affinitet, IIB. IIB är nödvändigt men inte tillräckligt för RRE-medierad export. Stam IA är ett mer nyligen identifierat, sekundärt bindningsställe. De återstående bindningsställena på RRE har inte karakteriserats ännu.

Stam IIB: ett bindningsställe med hög affinitet

Stam IIB är ett ställe på RRE som Rev binder med hög affinitet och specificitet. Strukturen av en isolerad stam IIB bunden till en peptid motsvarande en Rev-ARM har lösts genom NMR . Denna struktur avslöjar ett RNA A-form huvudspår vidgat av purin-purin baspar vid den purinrika utbuktningen för att rymma den a-spiralformade Rev-ARM. Bindning uppnås genom en kombination av basspecifika kontakter och elektrostatiska kontakter med fosfatryggraden (se figur). Nyare studier har identifierat en annan region på RRE, stam IA, som binder Rev på ett specifikt sätt, men med en 5 gånger svagare affinitet än stam IIB.

Rev-ARM/IIB struktur. (Vänster) Stam IIB RNA(röd) A-form huvudspår som vaggar Rev-‐ARM α-‐helixen (blå). Rev-ARM är en kort peptid som representerar den RNA-bindande domänen av Rev. (Höger) En roterad vy som visar purin-‐purin baspar (gula) som vidgar RNA:s huvudspår.

Kooperativ varv-enhet krävs för RRE-funktion

Även om stam IIB och IA kan binda Rev isolerat, krävs en fullängds RRE (minst ~250 nt) för viral funktion. Flera molekyler av Rev binder till hela RRE på ett specifikt och samarbetande sätt genom en kombination av Rev-RNA och Rev-Rev-interaktioner. Man tror att IIB fungerar som en "ankarpunkt", med Rev-molekylerna bundna vid sekundära ställen (såsom IA) stabiliserade av protein-protein-interaktioner med andra Rev-molekyler (utöver RNA-protein-interaktionerna). Biokemiska studier på en RRE med 242 nukleotider har fastställt ett förhållande av 6 Rev-monomerer till varje RRE.

På sätt och vis fungerar RRE som en ställningsplattform på vilken ett specifikt och samarbetskomplex av Revs (och så småningom cellulära exportmaskiner) monteras. Denna kooperativitet som dikteras av RRE-struktur och sekvens krävs för bildandet av ett exportkompetent komplex med hög affinitet. Nuvarande modeller av Rev-montering på RRE föreslår en initial Rev-kärnbildningshändelse vid stam IIB följt av progressiv tillsats av Rev-molekyler för att bilda hela komplexet.

Rev-RRE Complexes rekryterar ytterligare partners

Efter montering av ett Rev-RRE-komplex måste cellulära exportmaskiner läggas till för att leda RNA:t genom kärnporen . Nukleär export av Rev-RRE-innehållande mRNA uppnås med hjälp av den humana Crm1 - RanGTP kärnexportvägen. Rev innehåller en kärnexportsekvens (NES) som binder Crm1, och Crm1 leder hela komplexet ut ur kärnan.

Nya kristallstrukturer av Rev, Rev-ARM/Stem IIB-strukturen och informationen om Rev-RRE-stökiometri har lett till förslaget om en manetmodell för ett funktionellt aktivt komplex. I denna modell tillhandahåller RRE en strukturell ställning för att montera en Rev hexamer, och denna enhet utgör huvudet på maneten. NES från 6 Rev-monomererna bildar maneternas "tentakler" som kan interagera med värdens Crm1-RanGTP-proteiner. Hela denna "manet" skulle sedan exporteras till cytoplasman (se figur).

Manetmodell av Rev/RRE-montering. Detta är en schematisk representation av hur ett exportkompetent Rev–RRE-komplex kan bildas: Rev-molekyler sätts ihop på RRE-ställningen för att bilda en oligomer sammansättning. I modellen "maneter" består manethuvudet av Rev oligomerer och RRE; Rev-NES bildar "tentaklerna" som interagerar med Crm1 (visas i den utrymmesfyllda modellen) vilket gör komplexet redo för export.

Tertiär struktur

Bilder av den tertiära strukturen av RRE (och Rev-RRE-komplexet) har tagits med hjälp av atomkraftsmikroskopi . Dessa bilder visar ett klotformat "huvud" med en lång stjälk som sträcker sig från det och är i enlighet med 3D-förutsägelser från datormodeller, såväl som elektronmikroskopbilder (EM) av sammansatta Rev-RRE-komplex.

Rev-RRE som ett läkemedelsmål

Eftersom exporten av RRE-innehållande RNA är avgörande för HIV-replikation, är föreningen av RRE och Rev ett attraktivt terapeutiskt mål. Olika metoder för RNA-klyvning och screening av små molekyler har implementerats i ett försök att designa antivirala läkemedel för att behandla HIV-infektion. Rev och RRE är särskilt attraktiva läkemedelsmål eftersom båda elementen finns i läsramar som kodar andra proteiner (Tat och Env för Rev, Env för RRE), vilket teoretiskt begränsar potentiella flyktmutationer. Men hittills finns det inga kliniskt godkända behandlingar som riktar sig mot Rev-RRE.

Förhållande till andra virus

Alla komplexa retrovirus står inför problemet med att exportera osplitsade och partiellt splitsade mRNA. Vissa använder system som liknar Rev/RRE; dessa inkluderar HIV-2 och SIV (Simian Immunodeficiency Virus) som använder sina egna Rev-RRE-system, vissa betaretrovirus som använder ett Rem/RmRE-system och alla deltaretrovirus som använder ett Rex/RxRRE-system.

Många enkla retrovirus, framför allt Mason-Pfizer apvirus (MPMV), kodar inte för ett Rev-liknande protein, utan har istället utvecklat ett cis-verkande RNA-element, det konstitutiva transportelementet (CTE), som direkt binder till komponenter i värd-mRNA-exportmaskineri. MPMV CTE är ~220 nukleotider och består av två identiska bindningsställen för det cellulära exportproteinet Tap. Tap binder direkt det virala RNA:t och exporterar det till cytoplasman.

Se även

externa länkar