Ядерно-цитоплазматический транспорт вирусных компонентов
Большая часть вирусов, в жизненном цикле которых имеется ДНК-стадия, нуждаются в доступе к репликативным системам клетки-хозяина (репликация некоторых РНК-содержащих вирусов, например вируса гриппа, также происходит в ядре). Поэтому вирусам эукариот этих типов необходимо преодолевать не только клеточную мембрану, но и ядерную оболочку.
Геномная ДНК вирусов слишком велика, чтобы проходить в ядро через ядерные поры пассивным путем. Некоторые вирусы не имеют специальных механизмов, позволяющих им импортироваться в ядро. Это сразу ограничивает круг потенциальных хозяев пролиферирующими клетками.
Специализированные сигналы, отвечающие за импорт генетического материала, были охарактеризованы для белков нескольких вирусов ( аденовирус , SV40 , вирус гепатита В , вирус гриппа , ВИЧ , вирус мозаики цветной капусты ). Для прохождения через ядерные поры, изученные вирусы используют транспортные системы самой клетки, в первую очередь импортин-альфа/бета-путь . Некоторые вирусы могут пересекать ядерную оболочку прямо в виде вирионов, как это было показано для SV40 ( Clever, J. et. al. 1991 ). Другие вирусы пересекают ядерную мембрану в составе ДНП, который может высвобождаться из вириона в цитоплазму. Например, преинтегративный комплекс ВИЧ (preintegrating complex; PIC) , транспортирующийся в ядро по NLS-зависимому механизму , содержит три белка - MA (matrix antigen) , IN (integrase) и Vpr (virus protein r) , каждый из которых подозревается на импортную функцию. Любопытно, что Vpr взаимодействует с импортином-альфа по NLS-независимому механизму .
Показано, что Vpr , MA , импортин-альфа и импортин-бета могут формировать тетрамеры, причем сродство импортина-альфа к NLS в присутствии Vpr повышается на пять порядков. Существуют предположения, что роль Vpr в импорте заключается усилении связывания импортина-альфа с MA, оба NLS которого отличаются чрезвычайной слабостью.
Что касается белка IN, то его роль в импорте остается дискуссионной, хотя было показано, что PIC, образованный при участии мутантных форм MA и Vpr, транспортируется в ядро, в то время как мутации по всем трем белкам, включая IN, приводили к потере транспортной активности ( Bukrinsky M.I. and O.K.Haffar. 1999 ).
Некоторые NLS-содержащие вирусные белки при их искусственной экспрессии в клетке быстро накапливаются в ядре. Сборке вирионов, если она протекает в цитоплазме, подобный ход событий мог бы воспрепятствовать. Для некоторых вирусов была продемонстрирована регуляция импорта, способствующая, по-видимому, решению этой проблемы. Так, белок оболочки вируса мозаики цветной капусты (сем. Caulimoviridae) синтезируется в виде предшественника, содержащего N-концевой кислый участок из 76 аминокислот. Считается, что этот участок отвечает за маскировку NLS белка оболочки, пока вирион не собран. После того как сборка произошла, вирусная протеаза отщепляет этот участок белка оболочки, и вирус приобретает способность транспортироваться в ядро этой же клетки или соседней, в которую он может попасть через плазмодесмы ( Leclerc, D. et. al. 1999 ).
Регуляция импорта вирионов за счет фосфорилирования была продемонстрирована для вирусов гепатита В . Так, в случае HBV только фосфорилированные вирионы способны ассоциировать с ядерными порами. Если сборка вирионов происходит в ядре, то выход вируса сопровождается смертью клетки и/или распадом ядра. Исключение представляет вирусы герпеса , которые покидают ядро, отпочковываясь от ядерной оболочки.
Вирусы, частицы которых собираются в цитоплазме, нуждаются в транспортной системе, которая бы снабжала процесс сборки нуклеиновыми кислотами. Примером такой системы может служить транспорт ДНК , осуществляющийся с помощью белка вируса скрученности листа кабачка (сем. Geminiviridae) - BR1 . Этот белок, непрерывно перемещающийся из ядра в цитоплазму и обратно, помимо двух NLS и одного NES содержит также ДНК-связывающий домен и обладает способностью транспортировать в цитоплазму вирусный ДНП. Кроме этого BR1 несет доменб, связывающий белок BL1 , который отвечает за транспорт ДНП по плазмодесмам в другие клетки ( Sanderfoot, A.A. and Lazarowitz, S. 1996 ).
Еще несколько случаев экспорта нуклеиновых кислот были обнаружены для Retroviridae и Orthomyxoviridae . В этих обоих случаях речь идет об экспорте РНК при участии одного и того же транспортина Crm1 . В случае вируса гриппа сигнал экспорта несет белок NEP , входящий в состав рибонуклеопротеидов, которые впоследствии послужат для сборки вирионов. Помимо NEP в состав этих РНП входят также вирусные белки М1 и NP . М1 также необходим для экспорта РНП. Считается, что этот белок удаляется из РНП на стадии проникновения вируса в кислых условиях эндосомы. На поздней стадии инфекции этот белок нарабатывается в нужном количестве, связывается в ядре с РНК вируса и индуцирует ее экспорт в цитоплазму. По-видимому, вся эта схема необходима для регуляции жизненного цикла. В случае вируса иммунодефицита регуляция приблизительно такого же типа осуществляется белком Rev . Этот белок связывает специальную структуру в РНК - RRE (Rev responsible element) . Этой структурой обладают только несплайсированные вирусные РНК, поэтому Rev-зависимый экспорт вызывает экспрессию поздних вирусных генов, которые отсутствуют в сплайсированной РНК. Интересные сведения были получены при исследовании родственного ВИЧ вируса - вируса обезьян Мейзона-Пфайзера . Оказалось, что геном этого вируса не кодирует белка, сходного с Rev, в то время как несплайсированная РНК из ядра выводится. Был идентифицирован клеточный белок CTEBP (он же Tap ) и последовательность в РНК CTE (constitutive transport element) .
Функции вирусных продуктов, взаимодействующих с транспортными системами, не ограничиваются лишь транспортировкой вирусных продуктов. Некоторые вирусы способны модифицировать транспортные системы с тем, чтобы, по-видимому, создать благоприятные условия для своей репликации. Так, на ранних стадиях полиовирусной инфекции происходит перераспределение ядерных белков - они выходят в цитоплазму. Авторы предполагают, что это происходит за счет протеолитического расщепления нуклеопоринов Nup153 и/или p62 , которое имеет место при вирусной инфекции ( Gustin K.E and Sarnow P. 2001 ; Belov G.A. et. al. 2000 ].
Еще один пример - белок матрикса вируса везикулярного стоматита (сем. Rhabdoviridae), который, связываясь с нуклеопорином Nup98 , принимающим участие в экспорте клеточной мяРНК, рРНК и мРНК, блокирует эти процессы ( Kobbe von C. et. al. 2000 ).
