Wie HIV-1 seine Bestandteile zusammensetzt: Neue Details zur Interaktion des Gag-Proteins mit viraler RNA

Ein internationales Wissenschaftlerteam der Universität Tokushima und des Nationalen Instituts für Infektionskrankheiten Japans hat in Frontiers in Microbiology eine umfassende Übersicht über die molekularen Mechanismen der Verpackung des humanen Immundefizienzvirus Typ 1 (HIV-1) vorgelegt, bei der die Interaktion seines Strukturproteins Gag mit genomischer RNA (gRNA) eine Schlüsselrolle spielt.

Was ist über die Verpackung von HIV-1 bekannt?

HIV-1 besteht aus einer äußeren Hülle, in die virale Proteine eingebettet sind, und einem inneren, kondensierten Kern, der zwei Kopien der genomischen RNA enthält. Das Gag-Protein, das „Skelett“ des Virus, steuert den gesamten Prozess der Bildung eines neuen Viruspartikels:

1. Membranbindung: Die N-terminale Domäne des Matrixproteins (MA) erkennt spezifische Membranlipide der Wirtszelle und lokalisiert Gag an der gewünschten Stelle.
2. gRNA-Verpackung: Die NC-Domäne (Nukleokapsiddomäne) von Gag interagiert selektiv mit dem „ψ-Element“ auf der viralen RNA und stellt so sicher, dass genau zwei gRNA-Stränge erfasst werden.
3. Multimerisierung und Gerüstbildung: Die CA-Domäne (Kapsid) fördert die Bildung sechsdimensionaler Gag-Ringe, die sich unter der Plasmamembran zu einem jungen „Gitter“ organisieren.
4. Virionreifung: Nach der Abspaltung von der Membran „schneidet“ die virale Protease Gag in reife Komponenten (MA, CA, NC und p6), was zur Bildung der infektiösen Form des Partikels führt.

Neue Daten zur Rolle von Gag-gRNA-Interaktionen

Der Bericht hebt mehrere wichtige Entdeckungen der letzten Jahre hervor:

• Differenzielle Verpackung verschiedener RNA-Formen. Zusätzlich zur vollständigen gRNA kann das Virion subgenomische Transkripte teilweise erfassen, aber es ist die vollständige doppelsträngige RNA mit ψ-Stellen, die die Bildung vollständiger Partikel gewährleistet.
• Regulierung der Anzahl der Pakete. Die Anzahl der Gag-Monomere pro Vesikelbildung ist eng mit dem Vorhandensein von gRNA koordiniert: Ihr Fehlen führt zur Bildung „leerer“, nicht realisierter Strukturproteine.
• Domänenübergreifende Interaktion. Die Verbindung zwischen den NC- und CA-Domänen überschneidet sich mit dem Prozess der RNA-Verpackung und der Kapsid-Assemblierung: Die geringsten Mutationen in der NC führen zu unreifen Strukturen, die nicht in der Lage sind, neue Zellen zu infizieren.

Methoden und Beweise

Die Autoren kombinieren Daten aus der Kryo-Elektronenmikroskopie, biophysikalischen Analysen von Protein-RNA-Interaktionen und zellulären Experimenten mit mutierten Versionen von Gag. Diese Ansätze ermöglichen:

• Visualisieren Sie Konformationsänderungen von Gag bei der gRNA-Bindung.
• Um zu quantifizieren, wie verschiedene ψ-Elemente die Stabilität des Gag-RNA-Komplexes beeinflussen.
• Zeigen Sie eine Verringerung der Ausbeute an infektiösen Virionen, wenn wichtige Kontakte unterbrochen werden, und bestätigen Sie so deren Unverzichtbarkeit.

Therapeutische Perspektiven

Das Verständnis der genauen molekularen „Schlösser und Schlüssel“ von Gag-gRNA eröffnet neue Möglichkeiten in der antiretroviralen Therapie:

• Suche nach niedermolekularen Antagonisten. Medikamente, die die Bindung der NC-Domäne an ψ-Elemente verhindern, könnten die Virusverpackung stoppen.
• Entwicklung von Peptidinhibitoren. Synthetische Fragmente, die die ψ-Stelle nachahmen, können Gag „abfangen“, bevor es mit der echten gRNA in Kontakt kommt.
• Kombinationsansätze. Kombinationen aus klassischen Proteasehemmern und „Verpackungs“-Medikamenten können einen synergistischen Effekt erzielen und die Wahrscheinlichkeit der Bildung resistenter Stämme verringern.

Abschluss

Diese Arbeit trägt zu einem besseren Verständnis der letzten Phase des HIV-1-Lebenszyklus bei und liefert eine Evidenzbasis für innovative Interventionen. Wissenschaftler kommen der Entwicklung näher, die Verpackung der Virus-RNA von einer Stärke in eine Schwachstelle zu verwandeln, was eine wichtige Ergänzung bestehender antiretroviraler Strategien darstellen könnte.