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Articulo de referencia

Elemento de respuesta de la Rev del VIH

El elemento de respuesta Rev del VIH-1 (RRE) es un segmento de ARN altamente estructurado de ~350 nucleótidos presente en la región codificante de Env de los ARNm virales no emp...

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El elemento de respuesta Rev del VIH-1 (RRE) es un segmento de ARN altamente estructurado de ~350 nucleótidos presente en la región codificante de Env de los ARNm virales no empalmados y parcialmente empalmados . En presencia de la proteína accesoria Rev del VIH-1 , los ARNm del VIH-1 que contienen el RRE pueden exportarse desde el núcleo al citoplasma para eventos posteriores como la traducción y el empaquetamiento del virión. [1] [2]

Ubicación del gen RRE en el genoma del VIH-1. El gen RRE se encuentra dentro de la región codificante Env del VIH-1.

Biología del RRE y el VIH-1

Fase temprana

Exportación de ARN del VIH-1. En la fase temprana (arriba), los ARN virales transcritos (9 kb) se cortan hasta 2 kb antes de exportarlos. Uno de estos mensajes de 2 kb se traduce para producir Rev, que luego se importa al núcleo. En la fase tardía (abajo), Rev se une al RRE de los ARN recién transcritos antes del corte y empalme y exporta los mensajes no cortados (9 kb) y parcialmente cortados (4 kb) al citoplasma. La traducción de estos mensajes produce proteínas virales de etapa tardía. Los mensajes de 9 kb también pueden servir como genomas para nuevos viriones.

El genoma del VIH-1 contiene un único promotor y utiliza múltiples marcos de lectura y empalme alternativo para codificar 15 proteínas de una única especie de pre-ARNm. [3] La transcripción de un provirus VIH-1 integrado genera un único pre-ARNm de 9 kilobases (kb) que contiene múltiples sitios de empalme y señales de retención nuclear. En la fase temprana del ciclo de vida viral, este pre-ARN se empalma completamente en mensajes de 2 kb sin RRE. Estos mensajes más pequeños luego se transportan desde el núcleo al citoplasma a través de vías estándar de exportación nuclear 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, no empalmados (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 específico y cooperativo de múltiples moléculas de 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 exportina-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 luego se transporta al citoplasma. En el citoplasma, estos mensajes se traducen para producir todas las proteínas virales restantes o se empaquetan como genomas para los viriones recién formados (ver Figura). [2]

Estructura secundaria y reconocimiento de revoluciones

El RRE es un elemento de ARN altamente estructurado. Las predicciones computacionales, verificadas posteriormente mediante pruebas químicas y enzimáticas, indican que el RRE contiene múltiples bucles de tallo y protuberancias (véase la Figura). Rev se une al RRE de una manera específica de la secuencia y el reconocimiento de Rev-ARN está mediado por un tramo a-helicoidal de 17 residuos en Rev, el motivo rico en arginina (ARM).

Estructura secundaria del RRE. Estructura secundaria del RRE funcional mínimo (~250 nt). El RRE contiene varios bucles de tallo, siendo el mejor caracterizado el sitio de unión de alta afinidad, IIB. IIB es necesario pero no suficiente para la exportación mediada por el RRE. El bucle de tallo IA es un sitio de unión secundario identificado más recientemente. Los sitios de unión restantes en el RRE aún no se han caracterizado.

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 mayor de ARN en forma A ensanchado por pares de bases purina-purina en la protuberancia rica en purina para acomodar el Rev-ARM a-helicoidal. La unión se logra a través de 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]

Estructura de Rev-ARM/IIB. (Izquierda) El surco mayor de la forma A del ARN del tallo IIB (rojo) sostiene la hélice α de Rev-ARM (azul). El Rev-ARM es un péptido corto que representa el dominio de unión del ARN de Rev. (Derecha) Una vista rotada que muestra los pares de bases purina-purina (amarillo) que ensanchan el surco mayor del ARN.

Se requiere ensamblaje Rev cooperativo 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-ARN y Rev-Rev. [6] [7] [8] Se cree que IIB actúa como un "punto de anclaje", con las moléculas de Rev unidas a sitios secundarios (como IA) estabilizadas por interacciones proteína-proteína con otras moléculas de Rev (además de las interacciones ARN-proteína). Los estudios bioquímicos sobre un RRE de 242 nucleótidos han establecido una proporción de 6 monómeros de 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, la maquinaria de exportación celular). Esta cooperatividad, que está dictada por la estructura y la secuencia del RRE, es necesaria para la formación de un complejo de alta afinidad y competente para la exportación. [10] Los modelos actuales de ensamblaje de Rev en el RRE sugieren un evento inicial de nucleación de Rev en el tallo IIB seguido de una 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 la 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 humana Crm1 - RanGTP . Rev contiene una secuencia de exportación nuclear (NES) que se une a 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 andamiaje estructural para ensamblar un hexámero Rev, y este ensamblaje forma la cabeza de la medusa. Las NES de los 6 monómeros Rev forman los "tentáculos" de la medusa que podrían interactuar con las proteínas Crm1-RanGTP del huésped. [15] Esta "medusa" completa luego se exportaría al citoplasma (ver Figura).

Modelo de medusa del ensamblaje de Rev/RRE. Esta es una representación esquemática de cómo se podría formar un complejo Rev–RRE con capacidad de exportación: las moléculas de Rev se ensamblan sobre el andamiaje de RRE para formar un ensamblaje oligomérico. En el modelo de “medusa”, la cabeza de la medusa está formada por oligómeros de Rev y RRE; los Rev–NES forman los “tentáculos” que interactúan con Crm1 (mostrados en el modelo lleno de espacio) y preparan el complejo para la exportación.

Estructura terciaria

Se han capturado imágenes de la estructura terciaria de RRE (y del complejo Rev-RRE) utilizando microscopía de fuerza atómica . [17] Estas imágenes muestran una "cabeza" globular con un tallo largo que se extiende desde ella y concuerdan con las predicciones 3D de los modelos de computadora, así como con las imágenes de microscopio electrónico (EM) de complejos Rev-RRE ensamblados. [15]

Rev-RRE como diana farmacológica

Como la exportación de ARN que contienen RRE es esencial para la replicación del VIH, la asociación de RRE y Rev es un objetivo terapéutico atractivo. [18] Se han implementado varios métodos de escisión de ARN y exámenes de moléculas pequeñas [19] en un esfuerzo por diseñar medicamentos antivirales para tratar la infección por VIH mediante estructuras de metalopéptidos . [18] [20] Rev y RRE son objetivos farmacológicos particularmente atractivos 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 posibles mutaciones de escape. Sin embargo, hasta la fecha no existen terapias clínicamente aprobadas que se dirijan a Rev-RRE.

Relación con otros virus

Todos los retrovirus complejos se enfrentan al problema de exportar ARNm no empalmados o parcialmente empalmados. Algunos utilizan sistemas similares a Rev/RRE; entre ellos se incluyen el VIH-2 y el VIS (virus de inmunodeficiencia de los simios), que utilizan sus propios sistemas Rev-RRE; algunos betaretrovirus, que utilizan un sistema Rem/RmRE, y todos los deltaretrovirus, que utilizan un sistema Rex/RxRRE. [21] [22]

Muchos retrovirus simples, en particular 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 de la maquinaria de exportación de ARNm del huésped. El CTE del MPMV tiene unos 220 nucleótidos y consta de dos sitios de unión idénticos para la proteína de exportación celular Tap. Tap se une directamente al ARN viral y lo exporta al citoplasma. [23] [24]

Véase también

Referencias

  1. ^ Cullen, Bryan R (2003). "Exportación de ARNm nuclear: perspectivas desde la virología". Tendencias en ciencias bioquímicas . 28 (8): 419–424. doi :10.1016/S0968-0004(03)00142-7. PMID  12932730.
  2. ^ abc Pollard, Victoria W.; Malim, Michael H. (1998). "La proteína Rev del VIH-1". Revisión anual de microbiología . 52 : 491–532. doi :10.1146/annurev.micro.52.1.491. PMID  9891806.
  3. ^ Frankel, Alan D.; Young, John AT (1998). "VIH-1: Quince proteínas y un ARN". Revista anual de bioquímica . 67 : 1–25. doi : 10.1146/annurev.biochem.67.1.1 . PMID  9759480.
  4. ^ Cullen, Bryan R. (2005). "Virus de inmunodeficiencia humana: exportación de ARN nuclear desenrollada". Nature . 433 (7021): 26–27. doi :10.1038/433026a. PMID  15635396. S2CID  4403084.
  5. ^ Battiste, JL; Mao, H.; Rao, NS; Tan, R.; Muhandiram, DR; Kay, LE; Frankel, AD; Williamson, JR (1996). "Reconocimiento del surco mayor de la hélice alfa del ARN en un complejo de ARN RRE-péptido Rev del VIH-1". Science . 273 (5281): 1547–1551. doi :10.1126/science.273.5281.1547. PMID  8703216. S2CID  1749629.
  6. ^ ab Daugherty, Matthew D.; D'orso, Iván; Frankel, Alan D. (2008). "Una solución a la capacidad genómica limitada: uso de superficies de unión adaptables para ensamblar el oligómero funcional Rev del VIH en el ARN". Molecular Cell . 31 (6): 824–834. doi :10.1016/j.molcel.2008.07.016. PMC 2651398 . PMID  18922466. 
  7. ^ ab Jain, Chaitanya; Belasco, Joel G (2001). "Modelo estructural para el ensamblaje cooperativo de multímeros Rev del VIH-1 en el RRE deducido del análisis de mutantes defectuosos en el ensamblaje". Molecular Cell . 7 (3): 603–614. doi : 10.1016/S1097-2765(01)00207-6 . PMID  11463385.
  8. ^ ab Mann, D; Mikaélian, I; Zemmel, RW; Green, SM; Lowe, AD; Kimura, T; Singh, M; Butler, PJ; et al. (1994). "Un enlace Rev cooperativo de reóstato molecular al tallo I del elemento de respuesta Rev modula la expresión tardía del gen del virus de inmunodeficiencia humana tipo 1". Journal of Molecular Biology . 241 (2): 193–207. doi :10.1006/jmbi.1994.1488. PMID  8057359.
  9. ^ Daugherty, MD; Booth, DS; Jayaraman, B.; Cheng, Y.; Frankel, AD (2010). "El elemento de respuesta Rev del VIH (RRE) dirige el ensamblaje del homooligómero Rev en complejos asimétricos discretos". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 107 (28): 12481–12486. doi : 10.1073/pnas.1007022107 . PMC 2906596 . PMID  20616058. 
  10. ^ Daugherty, Matthew D.; D'orso, Iván; Frankel, Alan D. (2008). "Una solución a la capacidad genómica limitada: uso de superficies de unión adaptables para ensamblar el oligómero funcional Rev del VIH en el ARN". Molecular Cell . 31 (6): 824–834. doi :10.1016/j.molcel.2008.07.016. PMC 2651398 . PMID  18922466. 
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  • Página para el elemento de respuesta a la Rev. del VIH en Rfam
  • http://www.scripps.edu/mb/millar/research/rev.htm [ enlace muerto permanente ]
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