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.
