Попадая в клетку, вирус часто бездействует, выключает свои гены и остается на низком уровне до тех пор, пока не будет пробужден каким-либо триггером из окружающей среды. Когда этот триггер срабатывает, вирус быстро наращивает производство белков за счет встроенных петель положительной обратной связи, которые активируют транскрипцию генов. (При положительной обратной связи производство чего-либо стимулирует большее производство этого предмета, что приводит к экспоненциальному или более быстрому росту.) Если бы вирусная среда была идеально регулируемой, а экспрессия вирусных генов полностью подавлялась во время латентного периода, эта система была бы надежной.
Но этого почти никогда не бывает – всегда есть шум и всегда есть вероятность некоторого низкого уровня ошибочной транскрипции. Это создает проблему для вируса – как он предотвращает превращение случайной транскрипции в полноценную активацию??
Некоторые бактериальные вирусы решают эту проблему, кодируя сложные репрессорные цепи, которые эффективно блокируют транскрипцию. Но вирусы животных, в частности ВИЧ, по-видимому, не имеют подобных репрессорных цепей. В новом исследовании, опубликованном в журнале открытого доступа PLoS Biology, Леор Вайнбергер и Томас Шенк предлагают, чтобы некоторые вирусы животных, в том числе ВИЧ, регулировали свой потенциал положительной обратной связи и поддерживали задержку путем последовательного изменения и рассеивания или введения резистора в основной активатор транскрипции.
Активатор транскрипции ВИЧ, ген Tat, кодируется в геноме ВИЧ. После того, как Tat транскрибируется, он может быстро увеличивать транскрипцию не только самого себя, но и других генов, что в конечном итоге приводит к репликации вируса. Таким образом, белок Tat действует как молекулярный переключатель, что делает его вероятной мишенью для регулирования латентности. В некоторых типах молекулярных переключателей преобразование между включенным и выключенным состояниями регулируется самоолигомеризацией или связыванием с несколькими другими идентичными молекулами. Изменения формы, вызванные связыванием или расцеплением, приводят комплекс к двум различным стабильным конформациям. Но авторы не нашли экспериментальных доказательств олигомеризации Tat; вместо этого как включенные, так и выключенные формы кажутся мономерами.
Другие исследования показали, что Tat активируется добавлением ацетильной группы – функциональной группы, которая часто добавляется (ацетилирование) или удаляется (деацетилирование) белков для изменения их свойств – и что деацетилирование инактивирует Tat. Основываясь на известной кинетике ацетилирования и деацетилирования, авторы предположили, что в цепи Tat может существовать резистор. Простая математическая модель показала, что взаимного преобразования двух форм в сочетании с известной скоростью разрушения Tat было достаточно для кодирования резистора, который объяснял отключение цепи Tat и, возможно, стабильность латентного состояния ВИЧ.
В модели резистора Tat, как и в клетке, деацетилирование Tat происходит гораздо быстрее, чем ацетилирование. Деацетилированный (неактивный) Tat может идти одним из двух путей – обратное превращение в ацетилированный (активный) Tat или разрушение белка клеточными механизмами. Когда соответствующие показатели конверсии и деструкции были введены в их модель, активированный Tat ненадолго появился после случайного всплеска транскрипции, но быстро исчез, не нарушая вирусную латентность. Это предсказание модели было затем точно воспроизведено в экспериментах на клеточных культурах. Затем был проведен ряд экспериментов на культурах клеток, нарушающих предполагаемый резистор Tat. Например, ингибирование деацетилирующего фермента SirT1 индуцировало активацию транскрипции Tat в клетках, дополнительно подтверждая роль ацетилирования Tat в контроле вирусного покоя. Наконец, моделирование в шумных условиях предсказало, что эта простая резисторная система лучше способна противостоять колебаниям окружающей среды, чем гипотетические олигомерные переключатели, и эксперименты по сортировке клеток подтвердили это предсказание.
Этот простой переключатель, в котором отключающая реакция преобладает над активирующей реакцией в большинстве случаев, действует как "резистор обратной связи," и его общие черты, как предполагают авторы, вероятно, будут обнаружены в других системах, которые должны быстро переключаться между двумя состояниями, сопротивляясь шуму в окружающей среде. Их модель также может объяснить некоторые загадочные наблюдения о Tat и ВИЧ. Tat содержит по крайней мере два сайта ацетилирования, которые должны быть деацетилированы, чтобы отключить транскрипцию. Авторы предполагают, что это требование поможет избежать того, чтобы выключенное состояние было настолько легким, чтобы вирус все время оставался в спящем состоянии. Эта модель также помогает объяснить, почему некоторые пациенты с ВИЧ испытывают непродолжительные "всплески" вирусной активности, несмотря на относительно низкую вирусную концентрацию. По мнению авторов, эти импульсы вирусной активации могут быть вызваны либо случайным увеличением активности Tat, либо ингибиторами фермента SirT1 из окружающей среды, такими как дигидрокумарин, натуральный ароматизатор, содержащийся в клевере.
Источник: Публичная научная библиотека