Организация вирусного генома ВИЧ

Большинство ретровирусов нуждаются в наличии трех генов: gag, pol и env (gag означает
«групповой антиген», pol – «полимераза», env – «оболочка»). «Классическая» схема строения
(см. Рисунок 2) ретровирусного генома выглядит как 5’LTR-gag-pol-env-LTR 3′. При этом так
называемые LTR-последовательности («длинные концевые повторы») представляют собой те
части вирусного генома, которые при его интеграции образуют двухсторонние связи с
клеточной ДНК. Стабильная интеграция провирусной ДНК в геном клетки-хозяина приводит
к тому, что инфекция становится персистирующей. Если бы было возможно вырезать
провирусную ДНК из ДНК клетки-хозяина, то излечение ВИЧ-инфекции было бы
возможным. В настоящее время исследователи изучают данную возможность. Для этого был
создан фермент (сайт-специфическая рекомбиназа длинных концевых повторов ВИЧ-1),
который вырезает провирусную ДНК из обоих LTR-последовательностей генома (Hauber
2013). Было установлено, в том числе на примере гуманизированных мышей, что данный
фермент может экспрессироваться в ВИЧ-инфицированных клетках и точно вырезать
провирус без повреждения собственной ДНК клетки. Что касается применения данного
фермента у человека, остается большим вопросом, как его можно перенести в клетки-
мишени. Гены gag и env кодируют синтез нуклеокапсида и гликопротеинов вирусной
оболочки, ген pol кодирует синтез ОТ и других ферментов. ВИЧ-1 содержит около 9 kB РНК,
в том числе 6 дополнительных генов: vif, vpu, vpr, tat, rev и nef. Гены vif, vpu, vpr и nef
считаются дополнительными, поскольку они не обязательны как минимум для вирусной
репликации in vitro. Гены tat и rev кодируют регуляторные белки, которые накапливаются в
клеточных ядрах и связываются с вирусной РНК в определенных зонах. Установлено, что
белок Tat необходим для вирусной репликации почти на всех культуральных системах.
Необходимым клеточным кофактором для белка tat является циклин T1 (Wei 1998). Белки tat
и rev стимулируют транскрипцию ДНК ВИЧ в РНК и элонгацию нуклеотидной цепи,
способствуя транспорту РНК ВИЧ из клеточного ядра в цитоплазму, что играет
существенную роль в процессе трансляции. Rev, ядерный экспортный фактор, выполняет
важную функцию, которая заключается в переключении с синтеза ранних регуляторных
белков на синтез поздних структурных белков.

Nef, так же, как tat и rev, выполняет роль регуляторного белка, продукция которого
осуществляется на ранних этапах цикла репликации. Он индуцирует снижение синтеза
молекул CD4 и антигенов HLA I класса (Collins 1998) на поверхности инфицированных
клеток. Это способствует их «ускользанию» от действия цитотоксических Т-клеток. Nef
оказывает влияние на активацию Т-клеток, в то время как различные белки,
осуществляющие внутриклеточную сигнальную трансдукцию, могут нарушать данное
взаимодействие. Результаты исследований, проведенных на ВИО-инфицированных макаках-
резус, показали, что интактный ген nef необходим для выраженной вирусной репликации и
прогрессирования заболевания. Nef характеризуется высокой иммуногенностью, т. е. на
вирусный белок Nef часто наблюдается выраженный иммунный ответ, который может
наблюдаться уже на стадии острой ВИЧ-инфекции (Lichterfeld 2005).
Белок Vpr может активировать ВИЧ-LTR, а также ряд клеточных и вирусных промоторов,
по-видимому, данный белок имеет значение для вирусной репликации в неделящихся
клетках, таких как макрофаги. Vpr также принимает участие в транспорте вирусного пре-
интеграционного комплекса в ядро, кроме того, он может останавливать клеточный цикл в
G2-фазе.
Белок Vpu играет определенную роль при «отпочковывании», поскольку при наличии
мутаций в гене vpu вирусные частицы остаются на поверхности клетки. Очевидно, ВИЧ
прикрепляется к мембранному белку под названием «тетерин» (CD317) и использует vpu в
качестве механизма бегства, который позволяет полностью высвобождаться из клетки
(Varthakavi 2008, Neil 2009, Kühl 2010). Кроме того, vpu участвует в деградации комплексов
CD4-gp160 в эндоплазматическом ретикулуме, что обеспечивает образование gp160 в
количестве, достаточном для образования новых вирионов (Cullen 1998).
Vif – это вирусный белок, который образует комплекс с APOBEC3G (каталитический
полипептидный фермент типа 3G, редактирующий мРНК аполипопротеина B) и этим
инактивирует его (Mariani 2003) (Рисунок 3). APOBEC3G – это ограничивающий фактор для
клетки организма-хозяина, он ведет к деградации вирусной ДНК, а также обеспечивает
неспецифический механизм защиты высших организмов от вирусных инфекций.
Данный фермент относится к семейству внутриклеточных ферментов, выполняющих
специфическую функцию дезаминирования цитозина в урацил в мРНК или одноцепочечной
вирусной ДНК. Этим процессом обусловлены мутации гуанина в аденин с образованием
стоп-кодонов. Однако они часто происходят еще раньше, в молекуле ДНК, поскольку урацил
подвергается превращению под действием урацил-ДНК-гликозидазы, и вирусный геном
становится целью специфических эндонуклеаз.
Противовирусная активность APOBEC3G характеризуется высокой степенью стойкости в
отношении различных видов вирусов, блокада APOBEC3G под действием vif ВИЧ, напротив,
является высокоспецифичной: она наблюдается только у человека. У мышей и обезьян
блокада APOBEC3G под действием vif ВИЧ-1 не происходит. В отсутствии vif APOBEC3G
встраивается во вновь образованные вирионы, поэтому при последующем инфицировании
других клеток-мишеней синтез провирусной ДНК блокируется.

Все еще остается неясным, существует ли критическая масса внутриклеточного APOBEC3G,
которая, несмотря на наличие vif внутри клеток, обеспечивает резистентность к
ВИЧ-инфекции, также неизвестно, может ли генетический полиморфизм экспрессии
APOBEC оказывать потенциальное влияние на течение ВИЧ-инфекции. В настоящее время
начат поиск специфических ингибиторов, которые могли бы ингибировать инактивацию
APOBEC3G посредством vif или внутриклеточную деградацию APOBEC3G. Это позволило
бы создать новые перспективные антиретровирусные препараты. Их решающее
преимущество заключалось бы в следующем: на фоне терапии происходило бы
блокирование собственных клеточных структур клетки, а не вирусных белков, поэтому риск
развития резистентности, вероятно, был бы низким. Vpx – это структурный белок, который
обнаруживается только в ВИЧ-2, а также в отдельных вариантах ВИО у приматов. Данный
факт послужил причиной идентификации нового фактора ограничения вирусной инфекции,
которому ВИЧ-1, по-видимому, не может оказывать противодействия. SAMHD1
(стерильный альфа-мотив и домен HD 1) – это белок, который играет роль в развитии
синдрома генетической энцефалопатии Айкарди-Гутьереса и должен выполнять функцию
отрицательной регуляции интерферонового ответа. SAMHD1 ингибирует репликацию
ВИЧ-1, вероятно, вследствие удаления дезоксинуклеозидтрифосфатов из внутриклеточного
пула. Vpx может блокировать этот эффект, что способствует протеосомальному распаду
SAMHDA1. Таким образом, SAMHD1 – это новый противовирусный фактор миелоидных
клеток, который блокирует репликацию ВИЧ-1 на ранних этапах (Goldstone 2011). ВИЧ-1 не
экспрессирует Vpx и крайне чувствителен к ограничивающему действию SAMHD1
(Lahouassa 2012).