Ученые выяснили механизмы возникновения многофункциональности белка ВИЧ
Возможные эволюционные механизмы возникновения открытых ими трех различных функций Tat белка вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) выяснил коллектив биологов МГУ им. М. В. Ломоносова, 24 января сообщают на портале «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу университета.
Исследования микробиологов МГУ вносят вклад в понимание механизмов развития вирусных инфекций и побочных болезней, некоторые из которых связаны с действием на организм отдельных вирусных белков. Их результаты опубликованы в Journal of Virology.
Автор-корреспондент исследования, завлабораторией ультраструктуры клеточного ядра НИИ ФХБ им. А. Н. Белозерского МГУ, профессор биологического факультета МГУ Евгений Шеваль пояснил, что на размер частиц вирусов, геномов и белков накладывает ограничения тот факт, что жизнедеятельность вирусов возможна только внутри клеток живых организмов. Поэтому у них отдельным участкам белков — доменам — приходится выполнять несколько различных функций.
«Такой эргономичный и минималистичный дизайн, когда один домен совмещает сразу несколько функций, на самом деле, намного сложнее реализовать, чем сделать несколько доменов с разными функциями. Кроме того, возникает вопрос о том, как такие многофункциональные домены могли возникнуть в ходе эволюции? Эту проблему мы решили изучить на примере основного домена Tat белка вируса иммунодефицита человека», — рассказал Евгений Шеваль.
Так, основной домен Tat белка из 9 аминокислот реализует три различные функции. Наиболее важная из них — регуляция синтеза вирусных РНК. Без участия Tat белка при воспроизводстве в ядре клетки вирусной РНК образуются только короткие фрагменты, которые не могут выполнять функцию производства белков и сборки полноценных вирусов. Если же к началу синтезирующейся РНК присоединится Tat белок, синтез пройдет правильно.
Вторая функция Tat белка — сигнал ядерной локализации. Третья, похожая, — сигнал ядрышковой локализации. Так как именно в ядре Tat белок выполняет свою главную задачу, то смысл этой функции понятен, в отличие от третьей, задачи которой пока не определены.
Tat белок связывается своим основным доменом со специальными клеточными белками, импортинами, которые постоянно мигрируют из ядра в цитоплазму и обратно, перенося на себе другие молекулы.
В процессе исследования ученые последовательно заменяли каждую из 9 аминокислот основного домена Tat белка на другую. При этом выяснилось, что аминокислоты из разных частей основного домена влияли на накопление Tat белка в ядре, хотя ранее австралийскими учеными было установлено, что только четыре из них связываются с импортинами.
Артур Залевский из Института биоорганической химии РАН, использовав методы вычислительной биологии, установил, что с импортином могут взаимодействовать самые разные участки основного домена, то есть фактически любой его участок имеет возможность связаться с рецептором. И хотя, по-видимому, не все такие связывания работают эффективно, суммарно они позволяют эффективно накапливать вирусный белок внутри ядра клетки.
В связи с этим была предложена следующая модель возникновения сигнала ядерной локализации. «Для эволюции белка важно было присутствие домена, который будет взаимодействовать с РНК, что привело к появлению домена, обогащенного положительно заряженными аминокислотами. Но этот участок мог связываться разными, пусть и не всегда оптимальными способами с импортинами, и как следствие, белок автоматически приобретал способность накапливаться в ядре, что для вируса выгодно. То есть эта функция возникла автоматически, она интегрирована в структуру основного домена», — пояснил Евгений Шеваль.
По аналогии можно предположить, считают ученые, как могла возникнуть третья функция Tat белка — сигнал ядрышковой локализации. Исследователи МГУ установили, что его перемещение в ядрышко обусловлено электростатическим взаимодействием аминокислот основного домена с компонентами ядрышка.
«Таким образом, можно предположить, что в ходе эволюции возник крайне специализированный белковый домен, функция которого состоит в активации синтеза вирусной РНК. Но из-за обогащенности положительно заряженными аминокислотами этот домен неизбежно начал выполнять и еще две функции: накопления белка в ядре и ядрышке. Причем первая функция вирусу оказалась выгодной». — подводит итог Евгений Шеваль.
Однако, в чем полезность функции накопления белка в ядрышке клетки, пока ученые не выяснили. Тем не менее интеграция нескольких функций в Tat белке могла помогать вирусу приобретать новые функции без увеличения размера белков, а значит, и размера вирусных частиц, считают исследователи.
