Новое понимание жизненного цикла ВИЧ благодаря использованию высокоэнергетических рентгеновских лучей

Ключевой шаг в разгадке многолетней тайны жизненного цикла ВИЧ был сделан с помощью метода, который ранее считался лишь вспомогательным в структурной биологии. Это продвигает изучение ВИЧ и подчеркивает мощный инструмент для получения высокого разрешения в структурном определении РНК.

Ученые обнаружили, как вирус ВИЧ распознает свою собственную матричную РНК (mRNA) среди обилия РНК клетки-хозяина, чтобы передать и реплицировать генетический код вируса. Структурная основа этого экспорта оставалась загадкой более 25 лет. Метод малоуглового рентгеновского рассеяния (SAXS), который работает с растворами, не требует кристаллизации белка и имеет минимальные ограничения по размеру, преуспел там, где традиционные методы не сработали.

Команда исследователей решила структуру домена элемента ответа на белок Rev (RRE) в геноме РНК ВИЧ-1 с помощью SAXS. RRE критически важен для жизненного цикла ВИЧ, так как помогает части геномной РНК покинуть ядро клетки-хозяина, чтобы быть упакованной в новые вирусные частицы. Этот перенос РНК из ядра в цитоплазму обеспечивается, в частности, образованием комплекса между доменом RRE и белками Rev. Структурная основа этого распознавания долго оставалась неизвестной из-за сложностей в определении структуры РНК RRE. Кристаллография и ЯМР-спектроскопия (NMR) — основные методы для высокого разрешения, но домен РНК RRE не удавалось кристаллизовать, а его размер (~230 нуклеотидов) слишком велик для ЯМР.

Эксперименты SAXS проводились в Advanced Photon Source Национальной лаборатории Аргонн на пучках 12ID-B и 12ID-C.

Молекулярная оболочка, полученная из данных SAXS, показала, что RRE формирует форму, похожую на букву "А", с "ногами", разнесенными примерно на 55 Å. Это расстояние совпадает с расстоянием между сайтами связывания димера белка Rev, что указывает на то, что "ноги" РНК служат сайтом нуклеации для связывания и последующей олигомеризации белка Rev вдоль РНК. Поскольку дуплексы являются основными строительными блоками этой РНК, на основе оболочки SAXS также была построена атомная модель. Эксперименты с мутагенезом показали, что увеличение расстояния между "ногами" РНК путем вставки дополнительных нуклеотидов резко снижает активность экспорта РНК, что подтвердило структуру SAXS и предложенный механизм.

Поскольку bioSAXS часто использовался как вспомогательный метод, это исследование можно считать важным шагом вперед не только в биологии ВИЧ, но и в методологии bioSAXS для структурной биологии РНК. Результаты опубликованы в журнале Cell (том 155, выпуск 3) в статье "An Unusual Topological Structure of HIV-1 Rev Response Element".