Hvordan HIV-1 setter sammen delene sine: nye detaljer om samspillet mellom Gag-proteinet og viralt RNA

Et internasjonalt team av forskere fra University of Tokushima og National Institute of Infectious Diseases of Japan presenterte i Frontiers in Microbiology en omfattende gjennomgang av de molekylære mekanismene for pakking av humant immunsviktvirus type 1 (HIV-1), der samspillet mellom dets strukturelle protein Gag og genomisk RNA (gRNA) spiller en nøkkelrolle.

Hva er kjent om HIV-1-pakking?

HIV-1 består av et ytre skall hvor virusproteiner er innebygd, og en indre kondensert kjerne som inneholder to kopier av virusets genomiske RNA. Gag-proteinet, virusets «skjelett», styrer hele prosessen med å sette sammen en ny viruspartikkel:

1. Membranbinding: Det N-terminale domenet til matriksproteinet (MA) gjenkjenner spesifikke lipider i vertscellemembranen og lokaliserer Gag til ønsket plassering.
2. gRNA-pakking: NC-domeneregionen (nukleokapsiddomene) i Gag samhandler selektivt med "ψ-elementet" på det virale RNA-et, og sikrer at nøyaktig to gRNA-tråder fanges opp.
3. Multimerisering og dannelse av stillaser: CA (kapsid)-domenet fremmer dannelsen av seksdimensjonale Gag-ringer som organiserer seg i et ungt "gitter" under plasmamembranen.
4. Virionmodning: Etter spalting fra membranen «kutter» virusproteasen Gag inn i modne komponenter (MA, CA, NC og p6), noe som fører til dannelsen av den infeksiøse formen av partikkelen.

Nye data om rollen til Gag-gRNA-interaksjoner

Gjennomgangen fremhever flere viktige oppdagelser fra de siste årene:

• Differensiell pakking av ulike former for RNA. I tillegg til fullengdes gRNA kan virionet delvis fange opp subgenomiske transkripter, men det er fullengdes dobbelttrådet RNA med ψ-steder som sikrer dannelsen av komplette partikler.
• Regulering av antall pakker. Antall Gag-monomerer per vesikkeldannelse er tett koordinert med tilstedeværelsen av gRNA: fraværet av dette fører til dannelsen av "tomme" urealiserte strukturelle proteiner.
• Kryssdomeninteraksjon. Forbindelsen mellom NC- og CA-domenene overlapper prosessen med RNA-pakking og kapsidmontering: de minste mutasjonene i NC fører til umodne strukturer som ikke er i stand til å infisere nye celler.

Metoder og bevis

Forfatterne kombinerer data fra kryoelektronmikroskopi, biofysiske analyser av protein-RNA-interaksjoner og cellulære eksperimenter med mutante versjoner av Gag. Disse tilnærmingene muliggjør:

• Visualiser konformasjonsendringer av Gag ved gRNA-binding.
• Å kvantifisere hvordan forskjellige ψ-elementer påvirker stabiliteten til Gag-RNA-komplekset.
• Demonstrer en reduksjon i utbyttet av smittsomme virioner når viktige kontakter forstyrres, noe som bekrefter deres uunnværlighet.

Terapeutiske perspektiver

Å forstå de nøyaktige molekylære «låsene og nøklene» til Gag-gRNA åpner en ny grense innen antiretroviral behandling:

• Søk etter småmolekylære antagonister. Legemidler som hindrer bindingen av NC-domenet til ψ-elementer kan stoppe viruspakkingen i det hele tatt.
• Utvikling av peptidhemmere. Syntetiske fragmenter som etterligner ψ-stedet er i stand til å «avskjære» Gag før kontakt med det ekte gRNA.
• Kombinasjonsmetoder. Kombinasjoner av klassiske proteasehemmere og «pakkende» legemidler kan gi en synergistisk effekt, noe som reduserer sannsynligheten for dannelse av resistente stammer.

Konklusjon

Denne artikkelen styrker vår forståelse av den siste fasen av HIV-1-livssyklusen, og gir et evidensgrunnlag for innovative tiltak. Steg for steg beveger forskere seg nærmere å gjøre pakkingen av virusets RNA fra en styrke til en sårbarhet, noe som kan være et viktig supplement til eksisterende antiretrovirale strategier.