HIV entegrasyonu - HIV integration

Hiv virion

AIDS ("edinilmiş bağışıklık yetersizliği sendromu") neden olur insan bağışıklık eksikliği virüsü (HIV). HIV'li bireyler "HIV enfeksiyonu" olarak adlandırılan hastalığa sahiptir. Enfekte olduğunda meni, vajinal salgılar veya kan ile temasa geçmek mukoza zarları veya kırık cilt enfekte olmamış bir kişide, HIV bulaşmamış kişiye bulaşabilir ("yatay transfer "), başka bir enfeksiyona neden oluyor. Ayrıca HIV, enfekte olmuş hamile kadınlardan, hamilelik ve / veya doğum sırasında enfekte olmamış bebeklerine de geçebilir ("dikey iletim ") veya aracılığıyla Emzirme. HIV enfeksiyonunun bir sonucu olarak, bu bireylerin bir kısmı ilerleyecek ve klinik olarak önemli AIDS geliştirmeye devam edecektir.

HIV bir retrovirüs geniş ve çeşitli bir aileden oluşan RNA virüsler bu bir DNA RNA'larının kopyası genetik şifre enfeksiyondan sonra ev sahibi hücre. Replikasyon döngüsünde önemli bir adım HIV-1 ve diğer retrovirüsler, bu viral DNA'nın konakçı DNA'ya entegrasyonudur. Soy virionların RNA genomu ve viral proteinlerin translasyonu için şablon, entegre viral DNA kopyalanırken yapılır.

Arka Plan Bilgisi: HIV-1 Integrase

HIV-1 entegrasyonunun yapısal alanları

HIV DNA'nın konakçı DNA'ya entegrasyonu, HIV yaşam döngüsünde kritik bir adımdır. Entegrasyon sürecini anlamak, HIV enfeksiyonu ve AIDS için birden fazla potansiyel terapötik müdahale sahasına ilişkin içgörü kazanmak için bir çerçeve sağlayacaktır. HIV'in genomunun DNA versiyonunu konakçı hücre DNA'sına sokmak için kullandığı enzime "bütünleştirmek ". HIV-1 integrali katalizler konakçı DNA'yı kırpmanın ve "kes ve yapıştır" eylemi proviral kırpılmış uçlara genom. 288 olan bu protein amino asitler uzunluk olarak, şu sırayla üç "alan" içerir:

1. Amino (N) -terminal alan: Bazen "çinko parmak" olarak anılan N-terminal alanı, korunan HHCC'den oluşur, Onun, ve Cys kalıntılar, çinkoyu bağlamaya yarayan bir motif. N-terminal alanının işlevi tamamen açık değildir, ancak integrazın oluşturulmasına yardımcı olduğu düşünülmektedir. multimerler (çoklu integraz moleküllerinin sabit aglomerasyonları).

2. Merkezi katalitik bölge (veya "katalitik çekirdek"): Katalitik çekirdek, bir ile bağlanmayı yöneten DDE katalitik amino asit triadını veya asit kalıntılarını kapsar. iki değerli metal (genellikle Mg2+ veya Mn2−), aktif oluşturan katalitik bölge. HIV-1 entegrasyonu durumunda, kalıntılar Asp64, Asp116 ve Glu152'dir. Bu alan, evrim sırasında da iyi korunur.

HIV-1 katalitik alanı, çözelti içinde ve kristal yapılarda dimerik görünür. Dimer arayüzünün geniş yüzey alanı, biyolojik olarak önemli olduğunu gösterir. Her bir hedef DNA zincirindeki ekleme siteleri 5 ile ayrılır. baz çiftleri, sarmal B-form DNA için yaklaşık 15 Å'ye paralel olan, integrazın katalitik alanının (veya fonksiyonel biriminin) benzer bir aralıkla ayrılmış bir çift aktif bölge içermesi gerektiğini belirtir. Bununla birlikte, sanal olarak küresel dimerdeki aktif bölgeler arasındaki aralık, kristal yapıların incelenmesi, aktif olanın ortaya çıktığını ortaya koyduğundan, hedef DNA'nın iki ipliği üzerindeki yerleştirme bölgeleri arasındaki boşlukla görünüşe göre çok iyi eşleşmemektedir. Dimerdeki bölgeler, proteinler boyunca düz bir çizgide ölçüldüğünde 30 A'dan fazla ve dimerin çevresinde ölçüldüğünde daha da büyük bir mesafe ile ayrılır. Dimer arayüzünün fonksiyonel integraz multimerinde korunduğu varsayımı altında, tam entegrasyon reaksiyonunun ilerlemesi için en azından bir integraz tetrameri gerekli olmalıdır.

3. Karboksi (C) - terminal alanı: C-terminal alanı spesifik olmayan bir şekilde DNA'yı bağlar. Hedef DNA'ya entegrasyon siteleri nispeten spesifik olmadığından, bu alanın hedef DNA ile bir şekilde birlikte çalışabileceği düşünülmektedir. Kimerik entegrasyonlarla yapılan deneylerden elde edilen bilgiler, hedef sitenin tanınmasının çekirdek alan tarafından kontrol edildiğini göstermektedir. Çapraz bağlanma çalışmaları ayrıca, C-terminal alanının, viral DNA'nın en uçlarının hemen içindeki bir subterminal bölge ile birlikte çalıştığını göstermektedir.

HIV integraz bağlama alanı

Entegrasyon süreci sırasında, HIV integraz enzimi iki temel katalitik reaksiyon gerçekleştirir. Birincisi, HIV DNA'sının 3 'işlenmesi, ardından HIV DNA'nın konakçı DNA'ya zincirleme aktarımıdır. HIV DNA'sının entegrasyonu, hücrelerin bölünmesinde veya dinlenmesinde meydana gelebilir ve HIV integraz enzimi, bir monomer dimer tetramer ve muhtemelen daha yüksek dereceli formlar (oktomerler gibi). Her HIV parçacığı, integraz enziminin tahmini 40 ila 100 kopyasına sahiptir.

Integrase işlevleri retrovirüslere özgüdür; insan hücrelerinin DNA parçalarını kesip genoma yapıştırması gerekmez. Bu yüzden, integraz inhibitörleri HIV enfeksiyonu ve AIDS için ilaç tedavileri geliştirmenin ana hedefleridir, çünkü integrazın engellenmesi insan hücrelerindeki normal işlemleri engellememelidir.

HIV Entegrasyon Mekanizması

HIV genom entegrasyonu

HIV entegrasyonu, HIV genetik materyalinin enfekte olmuş hücrenin genomuna sokulmasıdır.[1] HIV entegrasyonu süreci altı ardışık adımı içerir:

HIV İntegrazının HIV DNA'sına Bağlanması

Entegrasyon sürecinin ilk adımı, HIV RNA'nın c-DNA'ya ters transkripsiyonunun tamamlanmasının ardından konakçı hücrenin sitoplazmasında meydana gelir. Bu adım, integrazın - büyük olasılıkla dimer formunda - yeni oluşan HIV c-DNA'nın her bir ucuna bağlanmasını içerir. Bağlanma, uzun süre belirli dizilerde gerçekleşir. terminal tekrarı bölgeler. İntegraz-HIV DNA kompleksi, hücre içi bir nükleoprotein "olarak bilinen parçacıkön entegrasyon kompleksi "(PIC). Bu kompleks, doğrusal HIV DNA, viral proteinler ve konakçı proteinlerden oluşur. Viral proteinler arasında integraz, nükleokapsid, matris, viral protein R (Vpr) ve ters transkriptaz. Bazı konakçı proteinler de bu kompleksin bir parçasını oluşturabilir, ancak bazılarının veya tamamının nükleer taşınmadan önce ön entegrasyon kompleksine katılıp katılmadığı açık değildir.

HIV DNA 3 ’uçlarının işlenmesi

Ana bilgisayarda da yer alan entegrasyon sürecinin ikinci adımında sitoplazma integraz dimer, her 3 'ucunda viral DNA'yı böler. Bu bölünme reaksiyonu GT'yi kaldırır dinükleotidler korunmuş bir CA dinükleotid bölgesinin 3’ tarafında. Her viral DNA 3'-ucundaki dinükleotidin bölünmesi, bir dinükleotid 5 '"çıkıntısı" ve bir 3'-hidroksil grubu içeren bir reaktif ara ürün oluşturur. Bu 3 ’işleme adımı, integraz enzimi tarafından gerçekleştirilen iki temel katalitik reaksiyondan ilkidir ve viral DNA'yı konakçı DNA'ya entegrasyon için hazırlar. DNA bağlanması ve 3'-işleme reaksiyonunun alternatif bir görünümünde, integrazın tetramer formu (dimer değil) HIV DNA'nın uçlarına bağlanır ve ardından 3 'uçlarını ayırır.

HIV integrazının konak hücre çekirdeğine translokasyonu (Nükleer Translokasyon)

Entegrasyon sürecinin üçüncü adımında, ön entegrasyon kompleksi, konakçı hücrenin çekirdeğine taşınır ve bunlardan biri aracılığıyla nükleer gözenek kompleksleri. Bu nükleer translokasyon, nükleer gözenek kompleksinin merkezi kanalının iki katından daha büyük bir boyuta sahip olan ön entegrasyon kompleksine rağmen meydana gelir.

Ön entegrasyon kompleksinin konakçı DNA'ya bağlanması

Çekirdeğin içinde, yaygın olarak kısaltılmış biçimde ifade edilen konakçı protein lens epitelinden türetilen büyüme faktörü / p75 LEDGF / p75, ön entegrasyon kompleksine ve konakçı DNA'ya bağlanır. LEDGF / p75, ön entegrasyon kompleksi ile konakçı DNA arasında bir bağlama proteini (veya köprü) görevi görür. LEDGF / p75, konakçı DNA ve ön entegrasyon kompleksinin bağlanma sekansı belirsizliğini koruyor. Bir versiyonda, LEDGF / p75 önce ön entegrasyon kompleksine ve ardından konakçı DNA'ya bağlanır. Öte yandan, LEDGF / p75 önce konakçı DNA'ya ve sonra ön entegrasyon kompleksine bağlanabilir. Sekansa bakılmaksızın, LEDGF / p75'in varlığının, integraz dimerlerinin birbirine yaklaşarak bir tetramer oluşturmasına neden olduğuna inanılmaktadır.

HIV DNA'sının konakçı DNA'ya transferi (Strand Transferi)

Bir sonraki adım olan iplik transfer reaksiyonu, konakçı hücre çekirdeği içinde gerçekleşir ve HIV DNA'sının konakçı DNA'nın seçilmiş bir bölgesine yerleştirilmesinin kritik adımını içerir. Yerleştirme bölgesi, zayıf şekilde korunmuş bir palindromik sekans içerir. Bu sarmal transfer reaksiyonu, HIV integrazının, konakçı DNA üzerindeki HIV DNA 3'-hidroksil grubu saldırısını katalize etmesi ile başlatılır. HIV DNA'sının saldırısı, konakçı DNA'nın zıt zincirlerinde, tipik olarak 4-6 baz çifti ayrı olmak üzere, kademeli bir şekilde meydana gelir. Bu reaksiyon, kademeli kesikler arasında bulunan konakçı DNA baz çiftlerindeki bağların ayrılmasına ve HIV 3'-hidroksil gruplarının konakçı DNA 5 'fosfat uçları ile birleştirilmesine yol açar. Bu noktada, yeni katılan viral-konakçı DNA bölgesi açılır.

Halat aktarım sürecinde oluşan boşlukların onarımı ("Boşluk Onarımı")

Hiv virion
Ters transkripsiyon

İplik transfer sürecini takiben, HIV-DNA ve konakçı DNA bağlantıları, DNA "boşlukları" olarak anılan eşleşmemiş DNA bölgelerine sahiptir. Ek olarak, viral DNA'nın 5 'bölgesinin sonundaki iki baz çifti, iplik transferinden sonra eşleşmemiş olarak kalır. Yeni HIV DNA'sının eklenmesi ve entegrasyon bölgesini çevreleyen kalan boşlukların şu anda bir konakçı hücresel DNA hasarı tepkisine neden olduğu düşünülmektedir, ancak bu mekanizmanın çoğu spekülatif kalır. Konakçı DNA hasarı tepkisinin, "boşluk onarımı" olarak bilinen entegrasyonun son aşamasında kritik olduğu düşünülmektedir ve en az üç konakçı enzim gerektirebilir - polimeraz, nükleaz, ve ligaz. Boşluk onarımının ilk adımında, polimeraz enziminin / enzimlerinin her bir uçta konakçı DNA'yı uzattığı ve böylece boşlukları doldurduğu düşünülmektedir. Daha sonra, konakçı nükleaz aktivitesinin HIV DNA'sı üzerindeki 5 'dinükleotid "kanatlarını" ortadan kaldırması mümkündür. Son olarak, DNA ligaz enzimlerinin, HIV'in kalan bağlanmamış segmentine ve konakçı DNA ipliklerine katıldığı düşünülmektedir. Şu anda bu mekanizma büyük ölçüde deneysel olarak doğrulanmıştır ve araştırılmakta olan bir alandır. Bu boşluk onarım işlemi, HIV DNA'sının konakçı DNA'ya entegrasyonunu tamamlar ve tamamen entegre HIV DNA'sı artık "proviral DNA" olarak anılır.

HIV-1'de eklemenin rolü

Yakın zamanda yapılan çalışma, HIV-1'in yüksek oranda eklenmiş genlere veya daha fazla intron içeren genlere entegrasyonu tercih ettiğini ileri sürdü.[2] Bu tercih, birçok ekleme faktörü ile etkileşime giren konakçı kromatin bağlama proteini LEDGF / p75'e bağlıdır.[2] Başka bir çalışma, yüksek oranda splays edilmiş genler için HIV-1 tercihinin, bir poli adenilasyon faktörü olan başka bir konakçı faktör CPSF6'ya bağlı olduğunu gösterdi.[3] Yüksek sayıda introna sahip kanser genleri, HIV-1 tarafından yüksek oranda hedeflenir.[2]

daha fazla okuma

  • Ciuffi Angela; Bushman Frederic D (2006). "Retroviral DNA entegrasyonu: HIV ve LEDGF / p75'in rolü". Genetikte Eğilimler. 22 (7): 388–395. doi:10.1016 / j.tig.2006.05.006. PMID  16730094.
  • Kahverengi; et al. (1987). "P.O. Brown, B. Bowerman, H.E. Varmus, J.M. Bishop, retroviral DNA'nın in vitro doğru entegrasyonu". Hücre. 49 (3): 347–356. doi:10.1016 / 0092-8674 (87) 90287-x. PMID  3032450.
  • Bushman; et al. (1990). "İn vitro HIV entegrasyon proteini tarafından yönlendirilen retroviral DNA entegrasyonu". Bilim. 28 (4976): 1555–1558. Bibcode:1990Sci ... 249.1555B. doi:10.1126 / science.2171144.
  • Ellison; et al. (1990). "V.H. Ellison, H. Abrams, T. Roe, J. Lifson, P.O. Brown, Hücresiz bir sistemde insan immün yetmezlik virüsü entegrasyonu". J. Virol. 64: 2711–2715.
  • Engelman Alan; Mizuuchi Kiyoshi; Craigie Robert (1991). "HIV-1 DNA entegrasyonu: Viral DNA bölünmesi ve DNA zinciri transferi mekanizması". Hücre. 67 (6): 1211–1221. doi:10.1016 / 0092-8674 (91) 90297-C.
  • Farnet C.M .; Haseltine W.A. (1990). "İnsan immün yetmezlik virüsü tip 1 DNA'sının in vitro entegrasyonu". Proc. Natl. Acad. Sci. Amerika Birleşik Devletleri. 87 (11): 4164–4168. Bibcode:1990PNAS ... 87.4164F. doi:10.1073 / pnas.87.11.4164. PMC  54068. PMID  2349226.
  • Lander E.S .; Linton L.M .; Birren B .; Nusbaum C .; Zody M.C .; Baldwin J .; Devon K .; Dewar K .; Doyle M .; Fitzhugh W .; et al. (2001). "İnsan genomunun ilk sıralaması ve analizi" (PDF). Doğa. 409 (6822): 860–921. Bibcode:2001Natur.409..860L. doi:10.1038/35057062. PMID  11237011.

Ayrıca bakınız

Dış bağlantılar

Referanslar

  1. ^ Smith JA, Nunnari G, Preuss M, Pomerantz RJ, Daniel R (2007). "Pentoxifylline, HIV-1 bazlı vektörler tarafından transdüksiyonu baskılar". İnterviroloji. 50 (5): 377–86. doi:10.1159/000109752. PMID  17938572.
  2. ^ a b c Singh PK, Plumb MR, Ferris AL, Iben JR, Wu X, Fadel HJ, ve diğerleri. (2015). "LEDGF / p75, mRNA ekleme faktörleriyle etkileşime girer ve yüksek düzeyde splays edilmiş genlere HIV-1 entegrasyonunu hedefler". Genes Dev. 29 (21): 2287–97. doi:10.1101 / gad.267609.115. PMC  4647561. PMID  26545813.
  3. ^ Sowd GA, Serrao E, Wang H, Wang W, Fadel HJ, Poeschla EM, vd. (2016). "Transkripsiyonel olarak aktif kromatine HIV-1 entegrasyonunu hedeflemede alternatif poliadenilasyon faktörü CPSF6 için kritik bir rol". Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (8): E1054–63. Bibcode:2016PNAS..113E1054S. doi:10.1073 / pnas.1524213113. PMC  4776470. PMID  26858452.