Hur HIV-1 sätter ihop sina delar: nya detaljer om Gag-proteinets interaktion med viralt RNA

Ett internationellt forskarteam från University of Tokushima och National Institute of Infectious Diseases of Japan presenterade i Frontiers in Microbiology en omfattande granskning av de molekylära mekanismerna för paketering av humant immunbristvirus typ 1 (HIV-1), där interaktionen mellan dess strukturella protein Gag och genomiskt RNA (gRNA) spelar en nyckelroll.

Vad är känt om HIV-1-förpackning?

HIV-1 består av ett yttre skal i vilket virusproteiner är inbäddade, och en inre kondenserad kärna som innehåller två kopior av dess genomiska RNA. Gag-proteinet, virusets "skelett", styr hela processen att sätta ihop en ny viruspartikel:

1. Membranbindning: Den N-terminala domänen av matrixproteinet (MA) känner igen specifika lipider i värdcellmembranet och lokaliserar Gag till önskad plats.
2. gRNA-paketering: NC-domänregionen (nukleokapsiddomän) i Gag interagerar selektivt med "ψ-elementet" på det virala RNA:t, vilket säkerställer att exakt två gRNA-strängar fångas.
3. Multimerisering och bildning av byggnadsställningar: CA-domänen (kapsid) främjar bildandet av sexdimensionella Gag-ringar som organiseras till ett ungt "gitter" under plasmamembranet.
4. Virionmognad: Efter klyvning från membranet "klyver" virusproteaset Gag i mogna komponenter (MA, CA, NC och p6), vilket leder till bildandet av den infektiösa formen av partikeln.

Nya data om Gag-gRNA-interaktionernas roll

Granskningen lyfter fram flera viktiga upptäckter från senare år:

• Differentiell paketering av olika former av RNA. Förutom fullängds gRNA kan virionet delvis fånga subgenomiska transkript, men det är det fullängds dubbelsträngade RNA:t med ψ-ställen som säkerställer bildandet av kompletta partiklar.
• Reglering av antalet paket. Antalet Gag-monomerer per vesikelbildning är nära koordinerat med närvaron av gRNA: dess frånvaro leder till bildandet av "tomma" orealiserade strukturella proteiner.
• Interaktion mellan domäner. Kopplingen mellan NC- och CA-domänerna överlappar processen för RNA-paketering och kapsidmontering: de minsta mutationerna i NC leder till omogna strukturer som inte kan infektera nya celler.

Metoder och bevis

Författarna kombinerar data från kryoelektronmikroskopi, biofysiska analyser av protein-RNA-interaktioner och cellulära experiment med mutanta versioner av Gag. Dessa metoder möjliggör:

• Visualisera konformationsförändringar av Gag vid gRNA-bindning.
• Att kvantifiera hur olika ψ-element påverkar stabiliteten hos Gag-RNA-komplexet.
• Visa en minskning av utbytet av infektiösa virioner när viktiga kontakter störs, vilket bekräftar deras oumbärlighet.

Terapeutiska perspektiv

Att förstå de exakta molekylära "låsen och nycklarna" hos Gag-gRNA öppnar en ny gräns inom antiretroviral behandling:

• Sök efter småmolekylära antagonister. Läkemedel som förhindrar bindningen av NC-domänen till ψ-element kan stoppa viruspaketeringen i dess spår.
• Utveckling av peptidhämmare. Syntetiska fragment som härmar ψ-stället kan "avlyssna" Gag innan de kommer i kontakt med det sanna gRNA:t.
• Kombinationsmetoder. Kombinationer av klassiska proteashämmare och "paketerande" läkemedel kan ge en synergistisk effekt, vilket minskar sannolikheten för bildandet av resistenta stammar.

Slutsats

Denna artikel fördjupar vår förståelse av det sista stadiet i HIV-1:s livscykel och ger en evidensbas för innovativa interventioner. Steg för steg närmar sig forskare att förvandla paketeringen av virusets RNA från en styrka till en sårbarhet, vilket skulle kunna vara ett viktigt komplement till befintliga antiretrovirala strategier.