Сигнал рибосомного сдвига рамки считывания ВИЧ - Википедия - HIV ribosomal frameshift signal

Сигнал сдвига рамки считывания рибосом ВИЧ-1
RF00480.jpg
Идентификаторы
СимволHIV_FE
РфамRF00480
Прочие данные
РНК типСнг; framehift_element
Домен (ы)Вирусы
ТАКТАК: 0000233
PDB структурыPDBe

Сигнал сдвига рамки рибосомы ВИЧ это рибосомальный сдвиг рамки (PRF), что Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) использует для перевода нескольких разных белков из одного и того же последовательность.

Неповрежденный и последовательный биосинтез белка полагается на способность рибосома оставаться в правильном открытая рамка чтения (ORF) во время перевод.[1] Когда рибосома не поддерживает правильную открытую рамку считывания, трансляция обычно приводит либо к неправильному синтезу белка, либо к раннему прекращению в результате введения преждевременного стоп-кодон.[2] Однако изменение ORF не всегда вредно, так как многие вирусы извлечь выгоду из этого явления, используя запрограммированный рибосомальный сдвиг рамки (PRF) для перевода нескольких белков из одного и того же последовательность, тем самым максимально увеличивая емкость их геном.[2] Таким образом, многие вирусы (в том числе ВИЧ-1 ) классифицируются как имеющие полицистронный геном, то есть они используют несколько активных ORF в одном ген.[2]

Вирусу ВИЧ-1 требуется запрограммированный сигнал сдвига рамки рибосомы -1 (сигнал сдвига рамки рибосомы ВИЧ-1) для экспрессии Pol ген, который является примером цис-действующий элемент из генная регуляция. В ВИЧ-1 кляп ORF, который кодирует 55 кДа Gag-белок, основной структурный белок, расположен на 5'-конце полноразмерного вирусного мРНК.[3] Трансляция полипротеина Gag-Pol 160 кДа зависит от события сдвига рамки считывания -1 рибосомы, выявляющего pol ORF.[4] В pol ORF расположена 3 'от ORF gag и кодирует полипротеин Pol, который в конечном итоге расщепляется на ферментативные белки вируса (протеаза, обратная транскриптаза, и интегрировать ).

В результате сигнал рибосомного сдвига рамки ВИЧ-1 сильно регулируется, поскольку он модулирует уровни экспрессии белка Gag по сравнению с полипротеином Gag-Pol. Эффективность сигнала сдвига рамки считывания рибосом ВИЧ-1 определяет соотношение синтезированных белков Gag и Gag-Pol, при этом событие сдвига рамки считывания происходит примерно в 5% от общего числа событий трансляции, что приводит к примерно 20: 1 Gag / Gag-Pol соотношение.[1] Было показано, что сохранение этого соотношения является важным для инфекционности и структуры ВИЧ-1, поскольку даже небольшие изменения в эффективности сдвига рамки считывания приводят к ингибированию распространения вируса.[3] Зависимость вируса ВИЧ-1 от этого сигнала сдвига рамки считывания рибосом вызвала интерес к сдвигу рамки считывания как мишени для новых исследований. противовирусное средство терапия.[4][5]

Устройство и механизм

Вторичная структура вторичной РНК сигнала сдвига рамки считывания ВИЧ-1

Сигнал сдвига рамки считывания рибосомы ВИЧ-1 требует наличия двух цис-действующих элементов: гептамерный "скользкий участок" и вниз по течению вторичная структура РНК разделены 8-нуклеотид распорка.[3][4] «Скользкий сайт» в ВИЧ-1 - это гептамер 5'-U UUU UUA-3 '(закрытая ORF, обозначенная пробелами), где происходит сдвиг рамки.[3][4] Этот гептамер по своей природе «скользкий», поскольку данные показали, что даже в отсутствие структуры вторичной РНК, расположенной ниже по течению, сдвиг рамки считывания все еще происходит при примерно 0,0001% - 0,1% на кодон.[2] Принято считать, что вторичная структура РНК ниже по течению существует как стебель-петля структура, как показано ниже. Однако есть также свидетельства того, что сигнал сдвига кадра может существовать как псевдоузел структура или как внутримолекулярная РНК триплекс.[2][4] Независимо от точной конформации вторичной структуры РНК, расположенной ниже по течению, считается, что эта структура приводит к задержке транслокационной рибосомы на скользком участке, увеличивая вероятность сдвига рамки -1 рибосомы для выявления pol ORF (5'-UUU UUU A -3 '), минуя нижний стоп-кодон, присутствующий в ORF gag, и позволяя транслировать полипротеин Gag-Pol.[3][5] Данные показали, что 8-нуклеотидный спейсер также важен для запрограммированного сдвига рамки считывания рибосом, поскольку делеции в области спейсера снижают стабильность расположенной ниже вторичной структуры РНК, тем самым влияя на способность сигнала сдвига рамки считывания рибосомы ВИЧ-1 индуцировать -1 кадровая сдвиг.[2]

Модуляторы

Эндогенные клеточные факторы также могут модулировать сигнал сдвига рамки считывания рибосом ВИЧ-1, поскольку сообщалось, что фактор высвобождения эукариот eRF1 играет роль в запрограммированном сдвиге рамки считывания рибосом у ВИЧ-1, поскольку снижение уровней eRF1 приводит к увеличению запрограммированного сдвига рамки считывания рибосом у ВИЧ-1.[1] Однако, поскольку известно, что eRF1 образует комплекс по меньшей мере с 32 клеточными партнерами по связыванию, остается неясным, действует ли eRF1 независимо, модулируя PRF в ВИЧ-1, или он является частью более крупного регуляторного белкового комплекса.[1]

Как потенциальная терапевтическая цель

Пример ведущего терапевтического соединения, нацеленного на сигнал сдвига рибосомальной рамки ВИЧ-1

Сигнал рибосомного сдвига рамки ВИЧ-1 стал потенциальной терапевтической мишенью для вируса ВИЧ-1 из-за необходимости запрограммированного сдвига рамки считывания рибосом для регуляции соотношения белков Gag / Gag-Pol и относительно консервативной структуры.[4] Кроме того, поскольку сигнал сдвига рамки считывания рибосомы ВИЧ-1 основан на взаимодействиях между вирусной мРНК и трансляционным аппаратом хозяина, он, вероятно, является более стабильной терапевтической мишенью, поскольку любой селективное давление вызванная терапевтическим соединением, должна происходить в эволюционной шкале времени хозяина, а не быстро эволюционирующего вируса ВИЧ-1.[4] В результате это также может снизить риск появления мутантов, устойчивых к лекарственным препаратам, с которыми сталкиваются другие антиретровирусные препараты против ВИЧ-1.[4]

Недавно (январь 2014 г.) о первом терапевтическом соединении, направленном на сигнал сдвига рамки считывания рибосомы ВИЧ-1, сообщили Ofori et al.[5] Ведущее соединение было разработано из "хитового" соединения, обнаруженного на экране динамической комбинаторной библиотеки, связанной со смолой, и структура показана справа.[5] В EC50 сообщалось, что значения составляют 3,9 мкМ для конформации Z и 25,6 мкМ для конформации E. Ведущее соединение является симметричным, тогда как вторичная структура целевой вторичной РНК несимметрична, что позволяет предположить, что оба предполагают интеркаляторы необходимы для связывания с высоким сродством.[5] Использование двойноголюцифераза исследования, они пришли к выводу, что соединение функционирует за счет повышения эффективности сдвига рамки считывания сигнала сдвига рамки считывания рибосом ВИЧ-1, что приводит к снижению соотношения белков Gag / Gag-Pol и тем самым предотвращает надлежащее созревание вирусной частицы и, в конечном итоге, ингибирует инфекцию.[5] Двигаясь вперед, структурные исследования взаимодействий между ведущим соединением и структурой вторичной РНК нижестоящего сигнала сдвига рамки считывания рибосомы ВИЧ-1 будут иметь жизненно важное значение для понимания причины высокого сродства и метода действия.[5]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Кобаяши Ю., Чжуан Дж., Пельц С., Догерти Дж. (Июнь 2010 г.). «Идентификация клеточного фактора, который модулирует запрограммированный сдвиг рамки рибосомы ВИЧ-1». Журнал биологической химии. 285 (26): 19776–19784. Дои:10.1074 / jbc.M109.085621. ЧВК  2888388. PMID  20418372.
  2. ^ а б c d е ж Музакис К.Д., Ланг А.Л., Вандер Меулен К.А., Easterday PD, Butcher SE (февраль 2013 г.). «Эффективность сдвига рамки считывания ВИЧ-1 в первую очередь определяется стабильностью пар оснований, расположенных во входном канале мРНК рибосомы». Исследования нуклеиновых кислот. 41 (3): 1901–1913. Дои:10.1093 / нар / гкс1254. ЧВК  3561942. PMID  23248007.
  3. ^ а б c d е Динман Дж. Д., Рихтер С., Плант Е. П., Тейлор Р. К., Хаммелл А. Б., Рана TM (апрель 2002 г.). «Сигнал сдвига рамки считывания ВИЧ-1 включает потенциальную внутримолекулярную структуру триплексной РНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 99 (8): 5331–5336. Дои:10.1073 / pnas.082102199. ЧВК  122769. PMID  11959986.
  4. ^ а б c d е ж грамм час Бисвас П., Цзян X, Паккиа А.Л., Догерти Дж. П., Пельц ЮЗ (февраль 2004 г.). «Сайт рибосомного сдвига рамки считывания вируса иммунодефицита человека типа 1 является детерминантой инвариантной последовательности и важной мишенью для противовирусной терапии». Журнал вирусологии. 78 (4): 2082–2087. Дои:10.1128 / jvi.78.4.2082-2087.2004. ЧВК  369415. PMID  14747573.
  5. ^ а б c d е ж грамм Офори Л.О., Хилимир Т.А., Беннетт Р.П., Браун Н.В., Смит ХК, Миллер Б.Л. (февраль 2014 г.). «Высокоаффинное распознавание РНК ВИЧ-1, стимулирующей сдвиг рамки считывания, изменяет сдвиг рамки считывания in vitro и препятствует инфицированию ВИЧ-1». Журнал медицинской химии. 57 (3): 723–732. Дои:10,1021 / jm401438g. ЧВК  3954503. PMID  24387306.

внешняя ссылка