《Cell》解答HIV谜题

　　

生物通报道  逆转录病毒想方设法在我们的细胞中进行自我复制并推进它们的感染周期，艾滋病（AIDS）的致病病毒HIV-1就是一个极好的例子（延伸阅读：Science揭示HIV储存库不竭之谜 ）。HIV-1是一种RNA病毒，其利用它的RNA基因组来合成DNA，然后将它的DNA转运到细胞核中转录回RNA,再将新RNA运出细胞核用来生成蛋白质,最后将这些蛋白质与新的病毒RNA基因组装配成新的感染颗粒，从细胞中释放出去。尽管人们已经了解了其中许多步骤的分子细节，然而有一个谜题仍有待解答：即HIV-1是如何在细胞核内的所有RNAs中识别并取出自身RNA的呢？这是病毒复制的一个至关重要的步骤。

来自美国国立卫生研究院下属国家癌症研究所的研究人员，利用小角度X光散射(small-angle X-ray scattering，SAXS)技术确定了这种识别的结构基础。他们的研究工作有可能提供了一些信息，帮助设计出靶向HIV-1基因组RNA来治疗艾滋病患者的一类全新药物。

在未感染逆转录病毒的正常细胞中，DNA被转录为信使RNAs，信使RNAs在加工为成熟mRNA之后被运出细胞核翻译为蛋白质。HIV-1的问题在于其必须让一些RNA基因组不经加工离开细胞核，这样它们才能被包装成新病毒颗粒，并且它必须在细胞核里更为丰富的宿主RNAs中识别出自身的RNA基因组。

研究人员发现，HIV-1是利用了识别病毒RNA中Rev反应元件(RRE)的一种Rev蛋白来做到这一点的。

Rev以二聚体形式起作用结合到RRE上，随后招募更多的Rev分子以及负责让RNA脱离细胞核的宿主蛋白。RRE上的Rev的结合位点已经确定，但存在一些奇怪含糊之处。这些位点并非具有序列特异性，而是在许多其他的RNA分子中也能轻易找到的一些富含嘌呤的凹槽。

在过去的20年里，科学家们一直尝试采用磁共振成像或X-射线晶体学来解析RRE的三维结构以求深入了解这一机制，但却未获得成功。因此，为了更多地了解这些互作，研究小组转向了SAXS分析来获得结构信息，并随后用生物化学和功能分析方法来验证他们的研究发现，阐明了成功实现这种非常特异性的RNA钓鱼的机制。

利用SAXS数据确定的RRE三维结构显示，RNA形成了扩展的“A”结构，一条臂略短于另一条。两条腿距离50-60 Â，已知的Rev结合位点存在于A字的两条臂上。高亲和力结合位点在短臂下部，低亲和力结合位点在长臂下部，彼此相隔55 Â。这一研究结果与以往的研究相一致，证实当两个Rev分子形成二聚体时，它们的互作结构域定向分开55 Â。

接下来，研究小组对不同的RRE突变体进行研究，鉴别了Rev结合和核运输功能的重要结构元件。他们生成了包含其中一条臂的截短突变体。这些突变体只具有一个具有高亲和力或是亲和力结合位点。

研究小组通过增加两臂之间的距离生成了三个插入突变体。生化分析Rev结合显示插入突变体和截短突变体都不能与多个Rev蛋白形成正常功能所需的更高级的复合体。核运输实验证实了这些结构。截短突变体完全不能执行核运输功能，而插入突变体活性大大降低。

总言之，这些结果为我们提供了一种解释：HIV-1利用RRE作为分子指示标特异性地鉴别出了HIV-1 RNA基因组。由于核运输对于HIV-1至关重要，使得它成为了抗病毒治疗的一个潜在靶点。

论文的共同通讯作者、国家癌症研究所Yun-Xing Wang说：“这些新结果为设计出一些抗病毒新策略，通过靶向病毒RNA阻断病毒生命周期中的这一步骤开启了大门。由于在此之前一直不了解病毒RNA的结构，靶向病毒RNA是不可能的事情。“

Yun-Xing Wang和共同通讯作者Alan Rein实验室现已开始对其中的一些策略展开测试。“靶向病毒RNA一种可能的结局就是开发出一类破坏病毒RNA基因组的新药。另一种就是开发出实现病毒检测和诊断的超敏探针，”Yun-Xing Wang说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

An Unusual Topological Structure of the HIV-1 Rev Response Element

Nuclear export of unspliced and singly spliced viral mRNA is a critical step in the HIV life cycle. The structural basis by which the virus selects its own mRNA among more abundant host cellular RNAs for export has been a mystery for more than 25 years. Here, we describe an unusual topological structure that the virus uses to recognize its own mRNA. The viral Rev response element (RRE) adopts an A-like structure in which the two legs constitute two tracks of binding sites for the viral Rev protein and position the two primary known Rev-binding sites 55 Å apart, matching the distance between the two RNA-binding motifs in the Rev dimer. Both the legs of the A and the separation between them are required for optimal RRE function. This structure accounts for the specificity of Rev for the RRE and thus the specific recognition of the viral RNA.