stringtranslate.com

Env (ген)

Env — это вирусный ген, который кодирует белок, образующий вирусную оболочку . [1] Экспрессия гена env позволяет ретровирусам нацеливаться и прикрепляться к определенным типам клеток, а также проникать в мембрану целевой клетки . [2]

Анализ структуры и последовательности нескольких различных генов env предполагает, что белки Env являются машинами слияния типа 1. [3] Машины слияния типа 1 изначально связываются с рецептором на поверхности клетки-мишени, что запускает конформационное изменение , позволяя связывать белок слияния . Пептид слияния встраивается в мембрану клетки-хозяина и приближает мембрану клетки-хозяина очень близко к вирусной мембране, что облегчает слияние мембран. [4]

Хотя существуют значительные различия в последовательности гена env между ретровирусами , ген всегда расположен ниже gag , pro и pol . Для экспрессии мРНК env должна быть сплайсингована .

Зрелый продукт гена env — вирусный шиповидный белок, состоящий из двух основных частей: поверхностного белка (SU) и трансмембранного белка (TM). Тропизм вируса определяется доменом белка SU, поскольку он отвечает за функцию связывания вируса с рецептором. Таким образом, домен SU определяет специфичность вируса к одной молекуле рецептора. [2]

Физическая структура

Олигомеризация

Ретровирусные гликопротеины представляют собой олигомерные комплексы, состоящие из гетеродимеров SU-TM , которые производятся в эндоплазматическом ретикулуме после трансляции гликозилированного предшественника Env. [5] Расположение этих гетеродимеров определяет трехмерную структуру выступающего шипа на поверхности вируса. Белки Env вируса саркомы и лейкоза птиц ( ASLV ) и вируса лейкемии мышей ( MLV ) являются тримерами гетеродимеров SU-TM. [6] Белок Env вируса иммунодефицита человека ( ВИЧ ) также имеет тримерную структуру гетеродимеров. [7] Считается, что внутриклеточный транспорт зарождающегося белка зависит, в некоторой степени, от олигомеризации предшественников Env, что позволяет гидрофобным последовательностям быть скрытыми внутри структуры белка. Эта олигомеризация также была вовлечена в инициацию слияния с мембраной клетки-мишени. [8]

Посттрансляционная модификация

Env может быть модифицирован путем добавления олигосахаридов, богатых маннозой, процесс, который происходит в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме и осуществляется ферментами клетки-хозяина. Котрансляционное гликозилирование происходит на аспарагине в мотивах Asn-X-Ser или Asn-X-Thr. Различные ретровирусы сильно различаются по сайтам N-связанного гликозилирования: ВИЧ-1 может иметь до 30 гликозилированных сайтов, 25 из которых находятся в gp120 . На другом конце спектра MMTV ( вирус опухоли молочной железы у мышей) имеет только 4 сайта для присоединения олигосахаридов (два на gp52 и два на gp37). Считается, что добавление олигосахаридов играет роль в правильном сворачивании Env, предположительно, путем стабилизации структуры белка. Без правильного сворачивания транспорт и функция белка могут быть серьезно нарушены. [2] Важность гликозилирования Env в ВИЧ-1 была установлена ​​путем синтеза гликопротеина в присутствии ингибитора гликозилирования, туникамицина . Синтезированный белок был неправильно сложен и неспособен связывать CD4 . Однако связывание рецептора было затронуто лишь минимально, когда секретируемый продукт env был ферментативно дегликозилирован. [9]

В ВИЧ

Схема вириона ВИЧ

Ген env кодирует белок gp160, который образует гомотример и расщепляется на gp120 и gp41 протеазой клетки-хозяина , фурином . Для образования активного белка слияния полипептиды SU gp120 и TM gp41 остаются нековалентно связанными друг с другом, но это взаимодействие часто нестабильно, что приводит к сбрасыванию растворимого gp120 и связанного с мембраной gp41 «пеньков». Отдельное расщепление фурином неэффективно, и вирионы часто высвобождаются с неактивным, нерасщепленным gp160. Из-за высокой распространенности этих неактивных форм иммунная система часто вырабатывает антитела , которые нацелены на неактивный gp160, а не на активные формы белка оболочки. См. Цикл репликации ВИЧ .

Экспрессия Env регулируется генным продуктом rev . Экспериментальное удаление rev привело к невозможности обнаружения белка Env, а уровни мРНК env в цитоплазме клеток были значительно снижены. Однако при анализе общей клеточной РНК общие уровни РНК env существенно не отличались при наличии и отсутствии коэкспрессии rev . Было обнаружено, что без экспрессии rev наблюдалось заметное увеличение ядерной РНК env , что предполагает, что rev играет важную роль в ядерном экспорте мРНК env . [10] Роль rev была дополнительно выяснена, когда было обнаружено, что rev действует в транс-положении , нацеливаясь на специфическую последовательность, присутствующую в гене env ВИЧ-1, чтобы инициировать экспорт не полностью сплайсированной РНК ВИЧ-1 из ядра. [11]

гп120

Выставленный на поверхности вирусной оболочки, гликопротеин gp120 связывается с рецептором CD4 на любой клетке-мишени, имеющей такой рецептор, в частности, на хелперной Т-клетке . Были выделены штаммы ВИЧ-1, способные проникать в клетки-хозяева, которые являются отрицательными по CD4. Эта независимость от CD4 связана со спонтанной мутацией в гене env . Наличие корецептора , CXCR 4 , достаточно для того, чтобы этот мутантный штамм инфицировал клетки человека. Было обнаружено, что штамм с этим фенотипом имеет семь мутаций в последовательности, кодирующей gp120, и предполагается, что эти мутации вызывают конформационные изменения в gp120, которые позволяют вирусу напрямую взаимодействовать с корецептором. [12]

Поскольку связывание рецептора CD4 является наиболее очевидным шагом в ВИЧ-инфекции, gp120 был среди первых целей исследований вакцины против ВИЧ . Эти усилия были затруднены механизмом слияния, используемым ВИЧ, что делает нейтрализацию антителами чрезвычайно сложной. До связывания с клеткой-хозяином gp120 остается эффективно скрытым от антител, поскольку он скрыт в белке и защищен сахарами. Gp120 подвергается воздействию только в непосредственной близости от клетки-хозяина, а пространство между мембранами вируса и клетки-хозяина достаточно мало, чтобы стерически препятствовать связыванию антител. [13]

гп41

Гликопротеин gp41 нековалентно связан с gp120 и обеспечивает второй шаг, посредством которого ВИЧ проникает в клетку. Первоначально он скрыт внутри вирусной оболочки, но когда gp120 связывается с рецептором CD4, gp120 изменяет свою конформацию, в результате чего gp41 становится открытым, где он может помочь в слиянии с клеткой-хозяином.

Препараты -ингибиторы слияния, такие как энфувиртид, блокируют процесс слияния, связываясь с gp41. [14]

Env в MMTV

Ген env вируса опухоли молочной железы мыши ( MMTV ) кодирует полипротеин gp70 ( P10259 ), который расщепляется с образованием поверхностных (SU) и трансмембранных (TM) продуктов Env. Gp52 является субъединицей SU в MMTV, а gp36 является субъединицей TM. Gp52 является гликопротеином массой 52 000 дальтон, а gp36 является гликопротеином массой 36 000 дальтон. [15] [16]

MMTV Env представляет особый интерес для исследователей из-за открытия, что он кодирует иммунорецепторный мотив активации на основе тирозина (ITAM ) , который, как было показано, трансформирует клетки молочной железы человека и мыши в культуре. Этот ITAM деполяризует эпителиальные ацинарные структуры, тем самым изменяя фенотип клеток и заставляя их становиться раковыми. [16]

Env в ASLV

Подгруппа А

Вирусы саркомы и лейкоза птиц ( ASLV ) имеют десять подгрупп (от A до J). Гликопротеин оболочки подгруппы A называется EnvA, а его ген env кодирует белок-предшественник, известный как Pr95. Этот предшественник расщепляется ферментами клетки-хозяина, образуя субъединицу поверхностного белка gp85 и субъединицу трансмембранного белка gp37, которые гетеродимеризуются и затем образуют тример. Вирус не может инфицировать клетки до завершения обработки белка-предшественника оболочки. [17] Для того чтобы вирус проник в цитозоль клетки-хозяина, необходим низкий pH . [18]

Env в MLV

Ген env вируса лейкемии мышей (MLV) кодирует гликопротеин массой 71000 дальтон, gp71. Этот мембранный рецептор был выделен из вируса лейкемии мышей Раушера (R-MuLV). [19]

Env в эволюции млекопитающих

Ретровирусный белок env был захвачен несколько раз в ходе эволюции млекопитающих и экспрессируется в плацентарной ткани, где он облегчает слияние фетальных и материнских клеток. У млекопитающих этот белок называется синцитином . [20] [21]

Смотрите также


Ссылки

  1. ^ Gene+Products,+env в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
  2. ^ abc Coffin JM, Hughes SH, Vamus HE (1997). Ретровирусы . Plainview, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 978-0-87969-497-5.
  3. ^ Caffrey M, Cai M, Kaufman J, Stahl SJ, Wingfield PT, Covell DG, Gronenborn AM, Clore GM (август 1998 г.). «Трехмерная структура раствора эктодомена 44 кДа SIV gp41». EMBO J . 17 (16): 4572–84. doi :10.1093/emboj/17.16.4572. PMC 1170787 . PMID  9707417. 
  4. ^ Colman PM, Lawrence MC (апрель 2003 г.). «Структурная биология слияния вирусных мембран типа I». Nat. Rev. Mol. Cell Biol . 4 (4): 309–19. doi :10.1038/nrm1076. PMID  12671653. S2CID  31703688.
  5. ^ Einfeld D, Hunter E (ноябрь 1988 г.). «Олигомерная структура прототипа гликопротеина ретровируса». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 85 (22): 8688–92. Bibcode :1988PNAS...85.8688E. doi : 10.1073/pnas.85.22.8688 . PMC 282525 . PMID  2847170. 
  6. ^ Kamps CA, Lin YC, Wong PK (октябрь 1991 г.). «Олигомеризация и транспорт белка оболочки вируса лейкемии мышей Молони-ТБ и ts1, нейровирулентного температурно-чувствительного мутанта MoMuLV-TB». Вирусология . 184 (2): 687–94. doi :10.1016/0042-6822(91)90438-H. PMID  1887590.
  7. ^ Тран Э.Э., Боргния М.Дж., Куйбеда О., Шаудер Д.М., Бартесаги А., Фрэнк Г.А., Сапиро Г., Милн Дж.Л., Субраманиам С. (2012). «Структурный механизм активации тримерного гликопротеина оболочки ВИЧ-1». ПЛОС Патог . 8 (7): e1002797. дои : 10.1371/journal.ppat.1002797 . ПМЦ 3395603 . ПМИД  22807678. 
  8. ^ Earl PL, Doms RW, Moss B (сентябрь 1992 г.). «Мультимерное связывание CD4, проявляемое димерами белков оболочки вируса иммунодефицита человека и обезьяны». J. Virol . 66 (9): 5610–4. doi :10.1128/JVI.66.9.5610-5614.1992. PMC 289124. PMID  1501294 . 
  9. ^ Li Y, Luo L, Rasool N, Kang CY (январь 1993 г.). «Гликозилирование необходимо для правильного сворачивания gp120 вируса иммунодефицита человека при связывании CD4». J. Virol . 67 (1): 584–8. doi :10.1128/JVI.67.1.584-588.1993. PMC 237399 . PMID  8416385. 
  10. ^ Хаммаршельд МЛ, Хеймер Дж, Хаммаршельд Б, Сангван И, Альберт Л, Рекош Д (май 1989). «Регулирование экспрессии env вируса иммунодефицита человека продуктом гена rev». J. Virol . 63 (5): 1959–66. doi :10.1128/JVI.63.5.1959-1966.1989. PMC 250609 . PMID  2704072. 
  11. ^ Malim MH, Hauber J, Le SY, Maizel JV, Cullen BR (март 1989). «Трансактиватор HIV-1 rev действует через структурированную целевую последовательность, активируя ядерный экспорт несплайсированной вирусной мРНК». Nature . 338 (6212): 254–7. Bibcode :1989Natur.338..254M. doi :10.1038/338254a0. PMID  2784194. S2CID  4367958.
  12. ^ Dumonceaux J, Nisole S, Chanel C, Quivet L, Amara A, Baleux F, Briand P, Hazan U (январь 1998 г.). «Спонтанные мутации в гене env изолята вируса иммунодефицита человека типа 1 NDK связаны с фенотипом проникновения, независимым от CD4». J. Virol . 72 (1): 512–9. doi :10.1128/JVI.72.1.512-519.1998. PMC 109402 . PMID  9420253. 
  13. ^ Лабрейн А.Ф., Пойнар П., Раджа А., Цвик М.Б., Дельгадо К., Франти М., Бинли Дж., Вивона В., Грунднер С., Хуанг CC, Вентури М., Петропулос С.Дж., Рин Т., Димитров Д.С., Робинсон Дж., Квонг П.Д., Вятт RT, Содроски Дж., Бертон Д.Р. (октябрь 2003 г.). «Доступ молекул антител к консервативному сайту связывания корецептора гликопротеина gp120 стерически ограничен на первичном вирусе иммунодефицита человека типа 1». Дж. Вирол . 77 (19): 10557–65. doi : 10.1128/JVI.77.19.10557-10565.2003. ПМК 228502 . ПМИД  12970440. 
  14. ^ Лалезари Дж.П., Генри К., О'Хирн М., Монтанер Дж.С., Пилиеро П.Дж., Тротье Б., Уолмсли С., Коэн С., Курицкес Д.Р. , Эрон Дж.Дж., Чунг Дж., ДеМаси Р., Донатаччи Л., Дробнес С., Делеханти Дж., Салго М. (май 2003 г.). «Энфувиртид, ингибитор слияния ВИЧ-1, для лечения устойчивой к лекарствам ВИЧ-инфекции в Северной и Южной Америке». Н. англ. Дж. Мед . 348 (22): 2175–85. doi : 10.1056/NEJMoa035026 . ПМИД  12637625.
  15. ^ Callis AH, Ritzi EM (сентябрь 1980 г.). «Обнаружение и характеристика антигенов поверхности клеток вируса опухоли молочной железы у мышей: оценка распространенности антигенов с помощью анализа белка А». J. Virol . 35 (3): 876–87. doi :10.1128/JVI.35.3.876-887.1980. PMC 288881 . PMID  6252344. 
  16. ^ ab Katz E, Lareef MH, Rassa JC, Grande SM, King LB, Russo J, Ross SR, Monroe JG (февраль 2005 г.). "MMTV Env кодирует ITAM, ответственный за трансформацию эпителиальных клеток молочной железы в трехмерной культуре". J. Exp. Med . 201 (3): 431–9. doi :10.1084/jem.20041471. PMC 2213037. PMID 15684322  . 
  17. ^ Balliet JW, Gendron K, Bates P (апрель 2000 г.). «Мутационный анализ предполагаемого домена пептида слияния вируса лейкоза и птичьей саркомы подгруппы А». J. Virol . 74 (8): 3731–9. doi :10.1128/JVI.74.8.3731-3739.2000. PMC 111882 . PMID  10729148. 
  18. ^ Barnard RJ, Narayan S, Dornadula G, Miller MD, Young JA (октябрь 2004 г.). «Низкий pH необходим для вируса саркомы птиц и вируса лейкоза, зависящего от Env, для проникновения вируса в цитозоль, а не для его раздевания». J. Virol . 78 (19): 10433–41. doi :10.1128/JVI.78.19.10433-10441.2004. PMC 516436 . PMID  15367609. 
  19. ^ DeLarco J, Todaro GJ (июль 1976 г.). «Мембранные рецепторы вирусов лейкемии мышей: характеристика с использованием очищенного гликопротеина вирусной оболочки gp71». Cell . 8 (3): 365–71. doi :10.1016/0092-8674(76)90148-3. PMID  8213. S2CID  45192638.
  20. ^ Nova. 2016. Эндогенные ретровирусы. Получено с https://www.pbs.org/wgbh/nova/next/evolution/endogenous-retroviruses
  21. ^ Lavialle C, Cornelis G, Dupressoir A, Esnault C, Heidmann O, Vernochet C, Heidmann T (сентябрь 2013 г.). "Палеовирусология 'синцитинов', ретровирусных генов env, адаптированных для роли в плацентации". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Серия B, Биологические науки . 368 (1626): 20120507. doi :10.1098/rstb.2012.0507. PMC 3758191. PMID  23938756 . 

Внешние ссылки