Cercetătorii oferă noi perspective asupra reglării genelor virusului care provoacă SIDA

HIV-1 este un retrovirus complex, capabil să sintetizeze numeroase proteine prin mecanisme post-transcripționale și de reglare la nivelul translației. După integrarea ADN-ului proviral în genomul gazdei, ARN-urile virale sintetizate urmează căi de splicing alternativ pentru a produce mai multe tipuri de transcripte, care codifică proteine structurale (Gag, Gag-Pol) și accesorii (Env, Vif, Vpr, Vpu, Rev, Tat, Nef). Deși anumite aspecte ale expresiei genelor HIV-1 (precum splicing alternativ, inițiere necanonică și frameshifting programat) sunt deja studiate, pe ansamblu puține date există privind peisajul global al translației atât al ARN-urilor gazdei, cât și al ARN-urilor virale, în timpul infecției HIV-1.
O echipă de cercetători de la Helmholtz Institute for RNA-based Infection Research (HIRI) din Würzburg, în colaborare cu Universitatea din Regensburg, a investigat modul în care virusul imunodeficienței umane de tip 1 (HIV-1) se folosește de procesele celulare pentru a se replica și a-și depăși gazda. Studiul, publicat în revista Nature Structural & Molecular Biology, a urmărit în detaliu interacțiunile moleculare dintre virus și celulele infectate, pentru a identifica ținte potențiale în dezvoltarea unor noi strategii terapeutice.

Pentru a înțelege în profunzime cum HIV-1 își reglează producția de proteine și cum reușește să blocheze apărarea gazdei, cercetătorii au folosit:

• profilare ribozomală (ribosome profiling), care oferă informații precise despre locurile de interacțiune dintre ribozomi și ARN mesager (ARNm);  
• secvențiere ARN (RNA sequencing), utilă pentru a determina prezența și abundența diverselor tipuri de ARNm în celulele infectate;  
• metode de investigare a structurii ARN (RNA structural probing), prin care se pot identifica și caracteriza conformațiile tridimensionale ale ARN-ului viral și modul în care acestea influențează procesul de traducere.

Descoperiri cheie

Rolul elementelor ascunse din ARN-ul HIV-1

Cercetătorii au găsit secvențe suplimentare, numite segmente de tip upstream open reading frames (uORFs) și internal open reading frames (iORFs). Aceste elemente, nedetectate anterior în mod sistematic, pot funcționa ca veritabile „reglaje fine” ale producției de proteine virale. Prin controlul momentului și nivelului de sinteză a proteinelor, uORFs și iORFs influențează atât eficiența replicării virale, cât și modul în care gazda își activează răspunsul imun.

Structura ARN și mecanismul de frameshift

Un alt punct central al studiului a fost analiza unei structuri ARN extinse din apropierea „locului de frameshifting” responsabil de producția proteinelor Gag și Gag-Pol. Aceste proteine sunt esențiale pentru generarea particulelor infecțioase și pentru replicarea virusului.

S-a constatat că această conformație ARN facilitează coliziunile dintre ribozomi înaintea zonelor-cheie, probabil pentru a reglementa viteza de traducere. În același timp, structura păstrează eficiența fenomenului de frameshifting, care permite sinteza controlată a proteinelor virale. Interesant este faptul că inhibarea structurii respective cu molecule antisens a redus eficiența frameshifting-ului cu circa 40%. Acest rezultat indică o posibilă țintă terapeutică, prin care să se diminueze replicarea virală.

Strategia de „prioritizare” a producției virale

Rezultatele au arătat că HIV-1 menține un nivel ridicat de traducere pentru propriile ARNm de-a lungul întregului ciclu de infecție, în timp ce suprimă sinteza proteinelor gazdei, în special la nivelul inițierii traducerii. Astfel, virusul se asigură că resursele celulare sunt direcționate către producția masivă de proteine virale, lăsând mecanismele de apărare ale celulei într-o poziție dezavantajată.

Rolul coliziunilor ribozomale

Autorii au observat puncte de coliziune a ribozomilor în zone specifice din ARN-ul HIV-1, în special înainte de regiunea de frameshift. Aceste coliziuni sunt, cel mai probabil, reglate fin de structura ARN și contribuie la modul în care ribozomii procesează regiunile-cheie, inclusiv cele implicate în sinteza proteinelor virale.  

Relevanță clinică și perspective viitoare  

Prin maparea detaliată a peisajului de traducere în celulele infectate cu HIV-1, studiul oferă o serie de posibile puncte de intervenție terapeutică. Identificarea unor elemente precum uORFs, iORFs și structuri ARN critice deschide calea către dezvoltarea de molecule capabile să perturbe procesele de replicare virală și să limiteze infecția. Faptul că interferarea cu structura specifică din regiunea de frameshift scade eficiența producției de proteine virale subliniază importanța acestor descoperiri pentru identificarea unor noi clase de medicamente antivirale.

Concluzii  

Acest studiu evidențiază modul extrem de sofisticat în care HIV-1 folosește mecanismele celulare de traducere pentru a-și asigura supraviețuirea și replicarea. De la elementele ascunse din ARN (uORFs, iORFs) până la structurile care modulează frameshifting-ul, fiecare detaliu oferă o nouă piesă în înțelegerea puzzle-ului molecular al infecției cu HIV-1. Datele obținute nu numai că amplifică cunoștințele fundamentale despre patogeneza HIV-1, ci oferă și un punct de pornire valoros pentru viitoare abordări terapeutice menite să blocheze replicarea virală prin țintirea mecanismelor de producere și reglare a proteinelor virale.