Как ВИЧ проносит свой генетический материал в ядро клетки
Каждый год около 1 миллиона человек в мире заражаются ВИЧ. Для репликации вирус должен пронести свой генетический материал в ядро клетки и интегрировать его в хромосому.
Исследовательские группы под руководством Дирка Гёрлиха из Института мультидисциплинарных наук Макса Планка и Томаса Шварца из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружили, что капсид вируса эволюционировал в молекулярный транспортер. Он может напрямую преодолевать критический барьер — ядерную оболочку, которая обычно защищает ядро от вирусных захватчиков. Такой способ «контрабанды» скрывает вирусный геном от противовирусных сенсоров в цитоплазме. Исследование опубликовано в Nature.
Чтобы использовать ресурсы клетки-хозяина, ВИЧ должен пронести свой генетический материал через клеточные линии защиты в ядро. Ядро защищено ядерной оболочкой, но тысячи крошечных ядерных пор обеспечивают проход. Они контролируют транспорт с помощью импортинов и экспортинов — молекулярных транспортеров, которые проходят через канал поры.
«Умная» сортировка в ядерной поре
Канал ядерной поры заполнен и блокирован «умным» желеобразным материалом — FG-фазой. Она непроницаема для большинства макромолекул, но поверхности импортинов и экспортинов оптимизированы для скольжения через неё. Одна пора может переносить до 1000 транспортеров в секунду.
Контрабандный генетический материал
«ВИЧ упаковывает свой геном в капсид. Данные свидетельствуют, что геном остаётся внутри капсида вплоть до попадания в ядро, в том числе при прохождении ядерной поры. Но есть проблема размера», — объясняет Томас Шварц.
Ширина центрального канала поры — 40–60 нанометров. Ширина капсида ВИЧ — около 60 нм, и он мог бы протиснуться. Однако обычный клеточный груз был бы покрыт слоем транспортера, добавляющим ещё минимум 10 нм. Тогда размер составил бы 70 нм — слишком много для поры. «Тем не менее, крио-электронная томография показала, что капсид ВИЧ попадает в ядерную пору. Как это происходит, до сих пор оставалось загадкой», — говорит Дирк Гёрлих.
Маскировка под молекулярный транспортер
Исследователи обнаружили, как вирус решает проблему размера — благодаря сложной молекулярной адаптации. «Капсид ВИЧ эволюционировал в транспортер с поверхностью, подобной импортину. Таким образом, он может скользить через FG-фазу ядерной поры. Капсид ВИЧ может проникать в пору без помощи клеточных транспортеров, обходя защитный механизм», — объясняет Гёрлих.
Его команда смогла воспроизвести FG-фазы в лаборатории. «Под микроскопом FG-фазы выглядят как микрометровые сферы, которые полностью исключают нормальные белки, но фактически втягивают капсид ВИЧ с его содержимым», — сообщает Лиран Фу, один из первых авторов работы. «Аналогично, капсид втягивается в канал ядерной поры. Это происходит даже после удаления всех клеточных транспортеров».
Капсид ВИЧ принципиально отличается от известных транспортеров: он полностью инкапсулирует свой груз, скрывая геномную «начинку» от противовирусных сенсоров в цитоплазме. Используя этот трюк, вирусный генетический материал может быть провезён через клеточную защиту без распознавания и уничтожения. «Это делает его отдельным классом молекулярных транспортеров наряду с импортинами и экспортинами», — подчёркивает Гёрлих.
Остаётся много вопросов, например, где и как капсид разрушается для высвобождения содержимого. Однако открытие, что капсид является транспортером, подобным импортину, может однажды быть использовано для разработки более эффективных терапий против СПИДа.