Теперь команда исследователей из Лаборатории ретровирологии Пола Биениаса в Университете Рокфеллера и Центра исследований СПИДа Аарона Даймонда применила недавно разработанный метод, чтобы зафиксировать — в своего рода молекулярной стоп-кадре — то, как Gag совершает этот подвиг. В исследовании, опубликованном недавно в Cell, они показывают, что Gag претерпевает резкие и временные изменения в предпочтениях связывания, которые позволяют ему точно выбирать вирусную РНК для упаковки в новые вирусы.«Одна из функций Gag — выбрать вирусную РНК из всех РНК, присутствующих в клетке, для упаковки в вирусную частицу, которая затем будет инфицировать новую клетку», — говорит Биениас.
Gag, основной структурный белок ВИЧ-1, плавает как отдельные молекулы в цитоплазме, но для сборки новых вирусов тысячи Gag объединяются на плазматической мембране клетки-хозяина, образуя незрелую вирусную частицу, содержащую две цепи вирусной РНК.Предыдущие исследования предполагали, что Gag нацелена на вирусную РНК путем связывания с последовательностью, известной как psi, но многие подозревали, что это взаимодействие само по себе не может объяснить способность Gag различать вирусную РНК и РНК клетки-хозяина.
Чтобы наблюдать, как Gag рекрутирует вирусную РНК, исследователи обратились к методике, известной как секвенирование с перекрестной иммунопреципитацией (CLIP), которое использует ультрафиолетовый свет для слияния РНК и белка и сохранения взаимодействий для дальнейшего анализа. «CLIP по существу замораживает взаимодействие в пространстве и времени и очень локализованным, специфическим образом сообщает вам последовательности РНК, с которыми был связан ваш белок», — говорит первый автор Себла Б. Кутлуай, научный сотрудник лаборатории.Исследователи обнаружили, что Gag действительно связывается с psi на вирусной РНК, впервые это взаимодействие было продемонстрировано в биологически значимых условиях.
Но, как они и подозревали, в этой истории было не все. Когда Gag перемещается к плазматической мембране, он, по-видимому, полностью меняет свое поведение и связывается со многими различными участками генома ВИЧ-1.Анализируя последовательности РНК, связанные с Gag, исследователи обнаружили, что белок, похоже, меняет свой вкус к нуклеотидам в зависимости от местоположения.
Gag в цитоплазме предпочитает последовательности РНК, богатые гуанином, но на плазматической мембране Gag временно притягивается к последовательностям, богатым аденином. Поразительно, но геном ВИЧ-1 особенно богат аденином — необычное свойство генома ВИЧ-1, которое до сих пор озадачивало ученых.Такие изменения в поведении связывания РНК было невозможно наблюдать даже несколько лет назад, до появления CLIP. «Связывание Gag с РНК, богатой аденином, никогда раньше не наблюдалось ни одним подходом и не могло быть обнаружено никаким другим подходом», — говорит Биениас, отмечая, что CLIP был разработан коллегами в лаборатории Роберта Б. Дарнелла и усовершенствован в лаборатории Томаса Тушла в Рокфеллер.Внезапное переключение связывания РНК, по-видимому, зависит от мультимеризации, то есть вызвано скоплением Gag на плазматической мембране, что может блокировать определенные поверхности белков и изменять поведение связывания.
«Это первый пример белка, связывающего РНК, который демонстрирует такие резкие изменения специфичности в зависимости от того, где он находится в клетке», — говорит Биениас. «Это действительно меняет то, как мы понимаем, как ВИЧ упаковывает свой геном».Вторым важным открытием, и удивительным, было то, что Gag также связывается с клеточной тРНК. Область Gag, которая помогает направлять белок к плазматической мембране, известная как матричный домен, связывается с тРНК и «она исключительно специфична», — говорит Биениас.
Хотя исследователи не могут точно сказать, какую функцию выполняет связывание тРНК, они предполагают, что это может помочь регулировать и ускорить процесс сборки вируса, действуя как временный щит против ненужного связывания РНК или мембраны.