Регуляция экспрессии вирусных генов

Как было отмечено выше, геном ВИЧ, помимо обычных ретровирусных генов (gag, pol, env), содержит еще ряд генов, функции которых заключаются в регуляции экспрессии синтеза структурных белков вириона. Если о функции продуктов генов sor и 3`-orf мало что известно, кроме того, что они не являются необходимыми для репликации вируса, о действии продуктов генов tat-3 и art имеется много данных, укладывающихся в определенную схему.

Первые опыты по изучению синтеза некоторых ферментов в клетках, трансформированных рекомбинантными ДНК, содержащими гены этих ферментов под контролем LTR ВИЧ, показали, что количество специфических иРНК резко увеличивается (в 100-1000 раз) после введения в клетки дополнительно активно экспрессирующегося tat-3 гена. Дальнейшие опыты показали, что продукт гена tat-3 увеличивает количество специфических иРНК примерно в 10 раз, причем его действие опосредовано последовательностью, присутствующей в R-элементе LTR ВИЧ. Однако для максимального эффекта tat-3-зависимой трансактивации необходимо присутствие последовательности U3 - элемента LTR. Таким образом, продукт гена tat-3 вызывает активацию транскрипции, и его активирующее действие осуществляется на этапе инициации транскрипции.

Важной частью tat-3-зависимой трансактивации является активация трансляции иРНК. Этот посттранскрипционный эффект tat-3-белка также опосредован последовательностью R-элемента LTR ВИЧ. Эта последовательность была обозначена TAR (trains acting responsive) и локализована между -17 и +80 нуклеотидами в LTR ВИЧ. Анализ первичной нуклеотидной последовательности этого участка показал наличие там 24-х нуклеотидного обращенного повтора (между 1-м и 59-м нуклеотидами), который может формировать петлю в иРНК. Такая вторичная структура иРНК может мешать 40S субъединице рибосомы передвигаться вдоль иРНК при инициации трансляции и препятствовать, таким образом, синтезу продукта. Взаимодействие продукта гена tat-3 с этим участком иРНК релаксирует структуру и снимает, таким образом, препятствие для трансляции. В эксперименте было выяснено, что делеции в TAR участке снимали тормозящее действие R-элемента на трансляцию, однако полностью ликвидировали эффект трансактивации. Таким образом, tat-3 кодируемый белок или индуцированные им клеточные факторы узнают TAR последовательность как в ДНК (провирус), так и в иРНК и активирует соответственно транскрипцию или трансляцию.

Действие другого гена-трансактиватора - art- осуществляется только на посттранскрипционном уровне. Продукт гена art(trs) участвует в регуляции сплайсинга. Он снимает репрессию специфических негативных регуляторов трансляции, расположенных на иРНК, кодирующей белки gag и env. В отсутствие активного гена art(trs) нарушается синтез именно этих белков, в то время как экспрессия других генов (например tat-3) не нарушается.

Если суммировать приведенные данные, то можно предложить такую модель регуляции экспрессии генов ВИЧ. Продукт гена tat-3, взаимодействуя с TAR последовательностью в LTR провируса, активирует транскрипцию провирусной ДНК. Возможно, это происходит за счет уменьшения тормозящего действия на процесс транскрипции специфического негативного регуляторного элемента (NRE), расположенного между -340-м и -185-м нуклеотидами в U3 последовательности LTR ВИЧ.

Тот же tat-3 белок активирует и трансляцию иРНК, снимая ингибирующее действие на инициацию трансляции TAR-элемента. Для полноценного синтеза структурных белков вириона необходимо действие еще одного белка - продукта гена art(trs). Этот белок появляется в результате описанных выше событий и переключает сплайсинг на производство иРНК структурных генов. Этот же белок снимает действие негативных регуляторов трансляции, расположенных на иРНК, кодирующих структурные белки (gag и env). Предполагаемая цепь событий представлена на рисунке 3.

Конечно, предполагаемая схема содержит много "белых пятен". Так, пока не ясно, что является исходным толчком к активации провируса. Такая активация происходит при антигенной стимуляции зараженного ВИЧ Т-лимфоцита, однако молекулярные механизмы этого явления не изучены. Важную роль в активации провируса может играть и взаимодействие вирусных генов с клеточными белками. Так, фактор транскрипции Sp1, присутствующий в клетках млекопитающих, связывается с промоторным участком в LTR промотора ВИЧ и активирует синтез РНК в 5-10 раз.