Головна
Патологічна фізіологія / Оториноларингологія / Організація системи охорони здоров'я / Онкологія / Неврологія і нейрохірургія / Спадкові, генні хвороби / Шкірні та венеричні хвороби / Історія медицини / Інфекційні захворювання / Імунологія та алергологія / Гематологія / Валеологія / Інтенсивна терапія, анестезіологія та реанімація, перша допомога / Гігієна і санепідконтроль / Кардіологія / Ветеринарія / Вірусологія / Внутрішні хвороби / Акушерство і гінекологія
ГоловнаМедицинаІнфекційні захворювання
« Попередня Наступна »
Реферат. ВІЛ-інфекція, 2009 - перейти до змісту підручника

БУДОВА ГЕНОМУ та експресії генів ВІЛ

Важливість дослідження будови геному ВІЛ обумовлена ??тим, що в основі всіх патологічних процесів, що відбуваються при зараженні вірусом, лежить експресія вірусних генів.

Вивчення структури генетичного апарату ВІЛ за допомогою молекулярного клонування виявило його складну організацію і значні відмінності між ізолятів. ДНК провируса має 9283 пари нуклеотидів (п.н.) й оточена довгими кінцевими повторами - LTR - в 638 п.н. У LTR виявляються всі звичайні регуляторні елементи.

В якості затравки при синтезі мінус ланцюга ДНК ВІЛ використовується тРНКліз, в той час як більшість ретровірусів ссавців використовують тРНКпро. ТРНКліз використовують і при синтезі мінус-ланцюга ДНК вірусу пухлини молочних залоз мишей (MMTV), що має і дуже схожу послідовність поліпурінового тракту. Однак на цьому подібність ВІЛ та MMTV закінчується. Як стало ясно цей ретровірус має мало спільного і з ретровірусами людини HTLV-1 і HTLV-2, хоча в ранніх повідомленнях говорилося про їх взаємної гомології. Найбільш близькими до ВІЛ як по морфології, так і за течією викликається захворювання виявилися віруси групи лентивірусів. Клонована провірусна ДНК вірусів вісна і інфекційної анемії коней, що відносяться до підродини лентивірусів, утворює стабільні гібриди з провірусної ДНК ВІЛ. Аналіз первинної послідовності нуклеотидів цих провірусних ДНК виявив великі ділянки гомології, особливо в областях генів gag і pol.



ГЕНИ І БІЛКИ ВІЛ.



Gag. Перша відкрита рамка кодує внутрішні білки віріона. Ці білки разом з білками, кодованими геном pol, прочитуються, як і в інших ретровірусів, з повнорозмірною РНК в 9300 нуклеотидів. У результаті трансляції цієї іРНК (див. Малюнок 2) утворюється попередник з мовляв. Масою 55 кД. У процесі подальшого протеолітичної розщеплення цей білок нарізається на p17, p24, p9 і р7. Згідно зі спостереженнями, в сироватках хворих СНІД виявляються антитіла до всіх цих продуктам. Значну фракцію складають антитіла до р24 - основному внутрішньому білку віріона. Антитіла до р24 зазвичай з'являються на ранніх стадіях захворювання і часто зникають у міру його прогресування.

Pol. Як і в інших ретровірусів, які кодуються цим геном білки зчитуються у вигляді gag-pol попередника. Оскільки рамка зчитування гена pol не збігається з рамкою gag, при дозріванні іРНКpol має відбуватися видалення невеликого интрона, що зрушує рамку зчитування. Аналіз первинної нуклеотидної послідовності області перекривання генів gag і pol виявляє присутність там декількох ділянок, які можуть виконувати функцію акцепторних сайтів сплайсингу. Іншим механізмом суміщення рамок зчитування є так званий "перескок рамки" при трансляції. В результаті рибосоми "перестрибують" через стоп-кодон, що обмежує рамку gag, і прочитують pol вже в правильній рамці зчитування. Подібний механізм описаний для деяких ретровірусів.

Ген pol кодує 3 ферменту: протеазу (р22), зворотну транскриптазу (р64/53) і ендонуклеази (р31). Ці білки утворюються в результаті протеолітичного розщеплення попередника з молю масою 150КД. Незважаючи на відносно невелику кількість цих білків у вирионе (приблизно 2 молекули на віріон), антитіла до них виявляються в сироватках хворих на СНІД. Найбільш яскраво виражена реакція з р31.

Sor. Tретья відкрита рамка перекривається з 3 '-кінцем гена pol і кодує білок з молю масою 23 кД. Антитіла до цього білка вдається виявити в сироватках хворих на СНІД. Мабуть, білок транслюється зі сплайсірованной поліаденілірованних РНК розміром 5500 і 5000 нуклеотидів (див. Малюнок 2). Як показали досліди з використанням інфекційної провірусної ДНК ВІЛ, мутації в області гена практично не впливали на здатність вірусу реплицироваться і надавати цитопатогенну дію на CD4-клітинну лінію, якщо не вважати невеликого уповільнення цих процесів у порівнянні з вихідним вірусом. Проте, висока консервативність нуклеотидної послідовності гена sor вказує на наявність якоїсь функції продукту цього гена в життєвому циклі вірусу. Можливо, ця функція важлива при реплікації в нелімфоідних клітинах, наприклад в нервових і ретікулоепітеліальних.

Env. РНК, яка кодує білки оболонки віріона, утворюється в результаті сплайсингу, що приводить до видалення з геномної РНК великого інтрони, що містить гени gag, pol і sor. Утвориться іРНК розміром 4300 нуклеотиду містить відкриту рамку з типовим ініціював AUG, яка може направляти синтез білка, що складається з 861 амінокислотного залишку з мовляв.
Масою 97.5 кД. Цей білок попередник надалі рясно глікозіліруется, в результаті чого його мовляв. маса зростає до 160 кБ. Попередник містить 3 гідрофобні області, характерні для оболонкових білків інших ретровірусів. Перший гідрофобну ділянку (з 17-ї по 31-у амінокислоти) відповідає сигнальному пептиду, другий знаходиться в районі сайту протеолітичного розщеплення білка-попередника, третій є частиною трансмембранного білка. В результаті протеолітичного розщеплення утворюється 2 сильно глікозильованих білка: зовнішній білок оболонки gp120 і трансмембранний білок gp41. Цікавою особливістю трансмембранного білка є наявність незвично довгої послідовності (довжиною в 150 амінокислотних залишків) гідрофільних амінокислот слідом за гідрофобною частиною трансмембранного білка. Ця послідовність, мабуть, є внутрішньоклітинним фрагментом gp41. Ще, як показали дослідження, правильний процесинг gp160 відбувається не у всіх клітинних лініях. Від чого це залежить, поки невідомо.

3 '-orf. Ця відкрита рамка розташована між 8347-м і 8992-м нуклеотидами і тягнеться, таким чином, в U3 область 3 '-LTR. Кодований цим геном білок має мовляв. масу 27 кД і транслюється зі сплайсірованной іРНК розміром 1800 нуклеотидів.

Хоча антитіла до цього білка вдається виявити в крові хворих на СНІД, він не є абсолютно необхідним для реплікації вірусу. Продукт 3 '-orf впливає на Цитопатогенні вірусу.

Tat-3. Явище трансактіваціі було вперше описано для ретровірусів людини HTLV-1 і HTLV-2. Білок, який здійснює функцію трансактіваціі, кодується у цих вірусів невеликій відкритій рамкою, розташованої на 3 '-кінці геному після гена env. Механізм його дії полягає в активації транскрипції структурних генів вірусу, внаслідок чого ген, що кодує білок-трансактиватор, був названий tat (transactivator of transcription).

Феномен трансактіваціі виражений у ВІЛ на кілька порядків сильніше, ніж у HTLV-1 і HTLV-2. Як зараз стало ясно, за цей процес у ВІЛ відповідають принаймні, 2 гени: tat-3 і art (trs). Перший з них кодується іРНК розміром близько 2000 нуклеотидів, що утворюється в результаті складного сплайсингу (див. Малюнок 2). Механізм дії білка tat-3 у ВІЛ значно складніше, ніж у аналогічних білків tat вірусів HTLV-1 і HTLV-2.

Продукт гена tat-3 - білок з мовляв. масою 14 кД, виявляється за допомогою сироваток хворих СНІД. Мутації в 5 '-області перший кодує екзона tat-3 порушують здатність вірусу синтезувати структурні білки і реплицироваться. Ці мутації можуть бути комплементіровани в клітинних лініях, постійно експрессірующіх tat-3 білок. Зараз отримані лінії як В-так і Т-лімфоцитів, стабільно трансформованих tat-3 геном і продукують білок-трансактиватор. Інші клітинні лінії, наприклад HeLa, продукують функціональний tat-3 білок, також можуть підтримувати розмноження мутантного по tat-3 ВІЛ. Використання подібних клітинних ліній і клонованих провірусних ДНК, що містять різного розміру делеції в tat-3 гені, дозволило вивчити механізми дії кодованого цим геном білка.

Art (trs). Іншим білком, бере участі у регуляції експресії структурних генів ВІЛ є продукт гена art (antirepression transactivator - антірепрессорний трансактиватор). Транслюється він, мабуть, з іРНК, що належить до того ж класу молекул розміром 2000 нуклеотидів, що і іРНКtat-3. Кодуючі екзони гена art перекриваються екзонів tat-3, а при сплайсинге використовуються ті ж акцепторні і донорні сайти. Однак при трансляції art функціонує инициаторного AUG з координатою 5500, а не 5412, як для гена tat-3. В результаті, art читається із зсувом рамки отностительно tat-3, що призводить до зменшення її кодує рамки в першому трансльованому екзоні з 214 до 76 нуклеотидів і до збільшення в другому з 44 до 271 нуклеотиду. Синтезується білок складається з 116 амінокислотних залишків, причому основна частка припадає на амінокислоти, що проявляють основні властивості. Подібні білки володіють спорідненістю до нуклеїнових кислот і часто регулюють експресію генів.

Дія продукту art здійснюється на посттранскрипційна рівні. Мабуть, він активує трансляцію іРНК структурних генів gag і env, знімаючи дію специфічних негативних регуляторів (см. нижче). Поряд з цим продукт art бере участь і в регуляції сплайсингу РНК, у зв'язку з чим для зазначеного гена було запропоновано іншу назву - trs (transregulator of splicing - трансрегулятор сплайсингу).




РЕГУЛЮВАННЯ ЕКСПРЕСІЇ ВІРУСНИХ ГЕНІВ.



Як було зазначено вище, геном ВІЛ, крім звичайних ретровірусних генів (gag, pol, env), містить ще ряд генів, функції яких полягають у регуляції експресії синтезу структурних білків віріона. Якщо про функції продуктів генів sor і 3 '-orf мало що відомо, крім того, що вони не є необхідними для реплікації вірусу, про дію продуктів генів tat-3 і art є багато даних, що укладаються в певну схему.

Перші досліди з вивчення синтезу деяких ферментів в клітинах, трансформованих рекомбінантними ДНК, що містять гени цих ферментів під контролем LTR ВІЛ, показали, що кількість специфічних иРНК різко збільшується (в 100-1000 разів) після введення в клітини додатково активно експресованого tat-3 гена. Подальші досліди показали, що продукт гена tat-3 збільшує кількість специфічних иРНК приблизно в 10 разів, причому його дія опосередковано послідовністю, присутньої в R-елементі LTR ВІЛ. Однак для максимального ефекту tat-3-залежної трансактіваціі необхідна присутність послідовності U3 - елемента LTR. Таким чином, продукт гена tat-3 викликає активацію транскрипції, і його дію, що активує здійснюється на етапі ініціації транскрипції.

Важливою частиною tat-3-залежної трансактіваціі є активація трансляції іРНК. Цей посттранскрипційна ефект tat-3-білка також опосередкований послідовністю R-елемента LTR ВІЛ. Ця послідовність була позначена TAR (trains acting responsive) і локалізована між -17 і +80 нуклеотидами в LTR ВІЛ. Аналіз первинної нуклеотидної послідовності цієї ділянки показав наявність там 24-х нуклеотидного зверненого повтору (між 1-м і 59-м нуклеотидами), який може формувати петлю в іРНК. Така вторинна структура іРНК може заважати 40S субодиниці рибосоми пересуватися уздовж іРНК при ініціації трансляції і перешкоджати, таким чином, синтезу продукту. Взаємодія продукту гена tat-3 з цією ділянкою іРНК релаксує структуру і знімає, таким чином, перешкода для трансляції. В експерименті було з'ясовано, що делеції в TAR ділянці знімали гальмує дію R-елемента на трансляцію, проте повністю ліквідували ефект трансактіваціі. Таким чином, tat-3 кодується білок або індуковані їм клітинні фактори дізнаються TAR послідовність як в ДНК (провірус), так і в іРНК і активує відповідно транскрипцію або трансляцію.

Дія іншого гена-трансактіватор - art-здійснюється тільки на посттранскрипційна рівні. Продукт гена art (trs) бере участь у регуляції сплайсингу. Він знімає репресію специфічних негативних регуляторів трансляції, розташованих на иРНК, кодує білки gag і env. У відсутність активного гена art (trs) порушується синтез саме цих білків, у той час як експресія інших генів (наприклад tat-3) не порушується.

Якщо підсумувати наведені дані, то можна запропонувати таку модель регуляції експресії генів ВІЛ. Продукт гена tat-3, взаємодіючи з TAR послідовністю в LTR провируса, активує транскрипцію провірусної ДНК. Можливо, це відбувається за рахунок зменшення гальмівної дії на процес транскрипції специфічного негативного регуляторного елементу (NRE), розташованого між-340-м і-185-м нуклеотидами в U3 послідовності LTR ВІЛ.

Той ж tat-3 білок активує і трансляцію іРНК, знімаючи інгібірує, на ініціацію трансляції TAR-елемента. Для повноцінного синтезу структурних білків віріона необхідно дію ще одного білка - продукту гена art (trs). Цей білок з'являється в результаті описаних вище подій і перемикає сплайсинг на виробництво іРНК структурних генів. Цей же білок знімає дію негативних регуляторів трансляції, розташованих на иРНК, що кодують структурні білки (gag і env).

Звичайно, передбачувана схема містить багато "білих плям". Так, поки не ясно, що є вихідним поштовхом до активації провируса. Така активація відбувається при антигенної стимуляції зараженого ВІЛ Т-лимфоцита, однак молекулярні механізми цього явища не вивчені. Важливу роль в активації провируса може грати і взаємодія вірусних генів з клітинними білками. Так, фактор транскрипції Sp1, присутній в клітинах ссавців, зв'язується з промоторних ділянкою в LTR промотора ВІЛ і активує синтез РНК в 5-10 разів.
« Попередня Наступна »
= Перейти до змісту підручника =
 Інформація, релевантна "БУДОВА ГЕНОМУ та експресії генів ВІЛ"
  1.  Реферат. ВІЛ-інфекція, 2009
      Введення Определденіе поняття спід. Історія відкриття ВІЛ. Особливості збудника СНІДу. Нові варіанти вірусу Спід. Будова вірусної частки ВІЛ. Будова генома та експресії генів ВІЛ. Теорії походження ВІЛ. Передача ВІЛ-інфекції Ко-фактори ВІЛ-інфекції. Патогенез і клініка ВІЛ-інфекції. Вірус імунодефіциту людини типу 2 (ВІЛ-2). Діагностика ВІЛ-інфекції. Лікування.
  2.  Біологічно активні білки вірусу грипу. Гемаглютинін
      І. Т. ШУЛЬЦ (I. Т. SCHULZE) I. ВСТУП ТОЙ факт, що віруси грипу мають здатність агглютинировать еритроцити, відіграв велику роль у розвитку наших уявлень про ці інфекційних частинках. Гемаглютинація виявилася вкрай зручним методом для ідентифікації, очищення і визначення. Концентрації вірусів. Крім того, з (моменту виявлення явища гемагглю-тінаціп 35 років тому
  3.  Тема: бактеріологія, мікології, протозоологов
      Систематика і номенклатура мікроорганізмів. Об'єкти вивчення мікробіології. Прокаріоти (бактерії), їх відмінність від мікробів еукаріотів (найпростіші, гриби) за структурою, хімічним складом, функції. Сучасні підходи до систематики мікроорганізмів. Таксономічні категорії: царство, відділ, сімейство, рід, вид. Внутрішньовидові категорії: біовар, серовар, фаговар, морфовар, культивар.
  4.  Генітальний ендометріоз
      Визначення поняття. Поняття ендометріоз включає наявність ендометріоподобние розростань, що розвиваються поза межами звичайної локалізації ендометрію - на вагінальної частини шийки матки, в товщі м'язового шару матки і на її поверхні, на яєчниках, тазовій очеревині, крижово-маткових зв'язках і т.п. У зв'язку з тим що анатомічно і морфологічно ці гетеротипії не завжди ідентичні слизової
  5.  I триместр вагітності (період органогенезу і плацен-тації)
      I триместр вагітності у свою чергу підрозділяється на наступні періоди-ди: - імплантація і бластогенез (перші 2 тижні розвитку); - ембріогенез і плацентація (3-8 тижнів гестації); - ранній фетальний, період ранньої плаценти (9-12 тижнів вагітності) . 6.2.1. Імплантація, бластогенез (0-2 тижнів) Початок вагітності визначається моментом запліднення зрілої яйцеклітини
  6.  ОСНОВИ ПРОТИПУХЛИННОЇ ТЕРАПІЇ
      Вінсент Т. де Віта (Vincent Т. De Vita, JR.) Біологія пухлинного росту Основи протипухлинної терапії базуються на наших знаннях про біології пухлинного росту. Два десятиліття тому уявлення про те, що навіть невеликі за розмірами первинні ракові пухлини відривають життєздатні пухлинні клітини в систему циркуляції і ці клітини здатні рости так само, як і в первинній
  7.  Хвороба Ходжкіна І Лімфоцитарна ЛІМФОМИ
      Вінсент Г. ДеВіто, Джон Е. Ултман Визначення. Лімфоми слід розглядати як пухлини імунної системи. До них відносяться лімфоцитарні пухлини і хвороба Ходжкіна, а іноді в групу лімфом включають і пухлини гістіоцитарної походження. Раніше лімфоми підрозділяли на хвороба Ходжкіна і неходжкінські лімфоми, але в даний час більш досконалі методи діагностики дозволяють
  8.  Гіперліпопротеїнемія ТА ІНШІ ПОРУШЕННЯ ЛІПІДНОГО ОБМІНУ
      Майкл Е. Браун, Джозеф Л. Гольдштейн (Michael S. Brown, Joseph L. Goldstein) гіперліпопротеїнемії являють собою порушення транспорту ліпідів, зумовлені прискореним синтезом або уповільненим руйнуванням ліпопротеїнів, що переносять холестерин і тригліцериди в плазмі. Підвищення рівня ліпопротеїнів у плазмі має важливе клінічні значення тому, що вони можуть обумовлювати
  9.  ОБМІН кальцію, фосфору і кісткової тканини: кальційрегулюючих ГОРМОНИ
      Майкл Ф. Холік, Стефеп М. Крепі, Джої Т. Поттс, молодший (Michael F. Holick, Stephen M. Krone, John T. Potts, Jr.) Структура і метаболізм кісткової тканини (див. гл. 337) Кость - це динамічна тканину, постійно перебудовували протягом життя людини. Кістки скелета добре васкулярізована і отримують приблизно 10% хвилинного об'єму крові. Будова щільною і губчастої кісток
  10.  Стратегія трансляції та сайти вірусної регуляції
      Загальні принципи трансляції мРНК вірусів. Трансляція - процес синтезу білка на матриці мРНК. Як вже неодноразово зазначалося, віруси характеризуються повною залежністю від белоксінтезірующіх систем клітини господаря. Для синтезу простих білків віруси використовують рибосоми цитоплазми, для синтезу глікопротеїнів - рибосоми, пов'язані з мембранами ЕПР. Молекулярні механізми синтезу
© medbib.in.ua - Медична Бібліотека