El elemento de respuesta de VIH-1 Rev (RRE) es un segmento de ARN de ~ 350 nucleótidos altamente estructurado presente en la región codificante de Env de ARNm virales no empalmados y parcialmente empalmados . En la presencia del VIH-1 proteína accesoria Rev , el VIH-1 M ARN que contienen el RRE se pueden exportar desde el núcleo al citoplasma para eventos aguas abajo tales como la traducción y el empaquetado del virión. [1] [2]
RRE y biología del VIH-1
Fase temprana
El genoma del VIH-1 contiene un solo promotor y utiliza múltiples marcos de lectura y empalme alternativo para codificar 15 proteínas de una sola especie de pre-ARNm. [3] La transcripción de un provirus del VIH-1 integrado genera un único pre-ARNm de 9 kilobase (kb) que contiene múltiples sitios de empalme y señales de retención nuclear . En la fase inicial del ciclo de vida viral, este pre-ARN se empalma completamente en mensajes de 2 kb libres de RRE. Estos mensajes más pequeños se transportan desde el núcleo al citoplasma a través de las rutas de exportación nuclear estándar de ARNm [4] (ver Figura). Uno de estos pequeños mensajes de 2 kb codifica la proteína Rev del VIH-1 que se importa al núcleo a través de su secuencia de localización nuclear . Esta fase del ciclo de vida del virus es independiente tanto de Rev como de RRE. [2]
Fase tardía
La fase tardía del ciclo de vida viral se caracteriza por la expresión de proteínas virales que están codificadas en los mensajes largos, sin empalmar (9 kb) o parcialmente empalmados (4 kb) que contienen el RRE. Debido a sus señales de retención y empalme, estos ARN que contienen intrones se retienen inicialmente en el núcleo para empalme / degradación. Sin embargo, después de que los mensajes de 2 kb hayan producido un nivel suficiente de Rev, estos mensajes más largos se pueden exportar al citoplasma a través de una vía de exportación dependiente de Rev. La exportación nuclear de estos ARN se logra mediante un ensamblaje cooperativo específico de múltiples moléculas Rev en el RRE. El ensamblaje de este complejo Rev-RRE es seguido por el reclutamiento de un complejo proteico humano que contiene las proteínas exportin-1 (XPO1 / CRM1) y Ran-GTP. Rev recluta esta maquinaria de exportación a través de una secuencia de exportación nuclear (NES) presente en Rev. Este complejo Rev-RRE-Xpo1 / RanGTP se transporta luego al citoplasma. En el citoplasma, estos mensajes se traducen para producir todas las proteínas virales restantes o se empaquetan como genomas para viriones de reciente gemación (ver Figura). [2]
Estructura secundaria y reconocimiento de revoluciones
El RRE es un elemento de ARN altamente estructurado. Las predicciones computacionales, luego verificadas por sondeo químico y enzimático, indican que RRE contiene múltiples bucles y protuberancias del tallo (ver Figura). Rev se une a RRE de una manera específica de secuencia con reconocimiento de Rev-RNA mediado por un tramo helicoidal a de 17 residuos en Rev, el motivo rico en arginina (ARM).
Tallo IIB: un sitio de unión de alta afinidad
El tallo IIB es un sitio en el RRE al que Rev se une con alta afinidad y especificidad. La estructura de un tallo IIB aislado unido a un péptido correspondiente a un Rev-ARM se ha resuelto mediante RMN . [5] Esta estructura revela un surco principal en forma de ARN A ensanchado por pares de bases purina-purina en el abultamiento rico en purina para acomodar el Rev-ARM helicoidal a. La unión se logra mediante una combinación de contactos específicos de base y contactos electrostáticos con la cadena principal de fosfato (ver figura). Estudios más recientes han identificado otra región en el RRE, el tallo IA, que se une a Rev de una manera específica, pero con una afinidad 5 veces más débil que el tallo IIB. [6]
Montaje cooperativo Rev necesario para la función RRE
Aunque los tallos IIB e IA pueden unirse a Rev de forma aislada, se requiere un RRE de longitud completa (al menos ~ 250 nt) para la función viral. Múltiples moléculas de Rev se unen al RRE completo de una manera específica y cooperativa a través de una combinación de interacciones Rev-RNA y Rev-Rev. [6] [7] [8] Se cree que IIB actúa como un "punto de anclaje", con las moléculas Rev unidas en sitios secundarios (como IA) estabilizadas por interacciones proteína-proteína con otras moléculas Rev (además de la Interacciones ARN-proteína). Los estudios bioquímicos en un RRE de 242 nucleótidos han establecido una proporción de monómeros de 6 Rev por cada RRE. [9]
En cierto sentido, el RRE actúa como una plataforma de andamiaje sobre la que se ensambla un complejo específico y cooperativo de Revs (y eventualmente maquinaria de exportación celular). Esta cooperatividad dictada por la estructura y secuencia de RRE es necesaria para la formación de un complejo de alta afinidad, apto para la exportación. [10] Los modelos actuales de ensamblaje de Rev en el RRE sugieren un evento de nucleación de Rev inicial en el tallo IIB seguido de la adición progresiva de moléculas de Rev para formar el complejo completo. [7] [8] [11] [12]
Los complejos Rev-RRE reclutan socios adicionales
Después del ensamblaje de un complejo Rev-RRE, se debe agregar maquinaria de exportación celular para guiar el ARN a través del poro nuclear . La exportación nuclear de ARNm que contienen Rev-RRE se logra utilizando la vía de exportación nuclear Crm1 - RanGTP humana . Rev contiene una secuencia de exportación nuclear (NES) que une Crm1, [13] [14] y Crm1 guía todo el complejo fuera del núcleo.
Las estructuras cristalinas recientes de Rev, [15] [16] la estructura Rev-ARM / Stem IIB y la información sobre la estequiometría Rev-RRE han llevado a la propuesta de un modelo de medusa para un complejo funcionalmente activo. En este modelo, el RRE proporciona un andamio estructural para ensamblar un hexámero Rev, y este ensamblaje forma la cabeza de la medusa. Los NES de los monómeros de 6 Rev forman los "tentáculos" de medusa que podrían interactuar con las proteínas Crm1-RanGTP del huésped. [15] Toda esta "medusa" luego se exportaría al citoplasma (ver Figura).
Estructura terciaria
Las imágenes de la estructura terciaria de RRE (y el complejo Rev-RRE) se han capturado utilizando microscopía de fuerza atómica . [17] Estas imágenes muestran una "cabeza" globular con un tallo largo que se extiende desde ella y están de acuerdo con las predicciones 3D de modelos informáticos, así como con imágenes de microscopio electrónico (EM) de complejos Rev-RRE ensamblados. [15]
Rev-RRE como objetivo farmacológico
Dado que la exportación de ARN que contienen RRE es esencial para la replicación del VIH, la asociación de RRE y Rev es una diana terapéutica atractiva. [18] Se han implementado varios métodos de escisión de ARN y análisis de moléculas pequeñas [19] en un esfuerzo por diseñar medicamentos antivirales para tratar la infección por VIH. [18] [20] Rev y RRE son dianas farmacológicas particularmente atractivas ya que ambos elementos existen en marcos de lectura que codifican otras proteínas (Tat y Env para Rev, Env para RRE), lo que teóricamente restringe las mutaciones de escape potenciales. Sin embargo, hasta la fecha no existen terapias clínicamente aprobadas que se dirijan a Rev-RRE.
Relación con otros virus
Todos los retrovirus complejos enfrentan el problema de exportar ARNm no empalmados y parcialmente empalmados. Algunos utilizan sistemas similares a Rev / RRE; estos incluyen VIH-2 y SIV (virus de inmunodeficiencia de simios) que usan sus propios sistemas Rev-RRE, algunos betaretrovirus, que usan un sistema Rem / RmRE, y todos los deltaretrovirus que usan un sistema Rex / RxRRE. [21] [22]
Muchos retrovirus simples, sobre todo el virus del mono Mason-Pfizer (MPMV), no codifican una proteína similar a Rev, sino que han desarrollado un elemento de ARN que actúa en cis, el elemento de transporte constitutivo (CTE), que se une directamente a los componentes del maquinaria de exportación de ARNm del huésped. El CTE de MPMV tiene ~ 220 nucleótidos y consta de dos sitios de unión idénticos para la proteína de exportación celular Tap. Tap une directamente el ARN viral y lo exporta al citoplasma. [23] [24]
Ver también
- Señal de desplazamiento del marco ribosómico del VIH
- Repetición directa de retrovirus 1 (dr1)
Referencias
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enlaces externos
- Página para el elemento de respuesta HIV Rev en Rfam
- http://www.scripps.edu/mb/millar/research/rev.htm