Hoe HIV-1 zijn onderdelen assembleert: nieuwe details over de interactie van het Gag-eiwit met viraal RNA

Een internationaal team van wetenschappers van de Universiteit van Tokushima en het Nationaal Instituut voor Infectieziekten van Japan presenteerde in Frontiers in Microbiology een uitgebreid overzicht van de moleculaire mechanismen van de verpakking van het humaan immunodeficiëntievirus type 1 (HIV-1), waarin de interactie van het structurele eiwit Gag met genomisch RNA (gRNA) een sleutelrol speelt.

Wat is er bekend over de verpakking van HIV-1?

HIV-1 bestaat uit een buitenste schil waarin virale eiwitten zijn ingebed, en een binnenste gecondenseerde kern met twee kopieën van het genomische RNA. Het Gag-eiwit, het "skelet" van het virus, stuurt het hele proces van het vormen van een nieuw viraal deeltje aan:

1. Membraanbinding: Het N-terminale domein van het matrixeiwit (MA) herkent specifieke lipiden in het membraan van de gastheercel en lokaliseert Gag naar de gewenste locatie.
2. gRNA-verpakking: Het NC-domein (nucleocapside-domein) van Gag interageert selectief met het "ψ-element" op het virale RNA, waardoor precies twee gRNA-strengen worden gevangen.
3. Multimerisatie en steigervorming: Het CA (capsid)-domein bevordert de vorming van zesdimensionale Gag-ringen die zich organiseren tot een jong "rooster" onder het plasmamembraan.
4. Rijping van het virion: Na afsplitsing van het membraan knipt het virale protease Gag in volwassen componenten (MA, CA, NC en p6), wat leidt tot de vorming van de infectieuze vorm van het deeltje.

Nieuwe gegevens over de rol van Gag-gRNA-interacties

In het overzicht worden enkele belangrijke ontdekkingen van de afgelopen jaren benadrukt:

• Differentiële verpakking van verschillende RNA-vormen. Naast volledig gRNA kan het virion subgenomische transcripten gedeeltelijk vastleggen, maar het is het volledige dubbelstrengs RNA met ψ-plaatsen dat zorgt voor de vorming van complete deeltjes.
• Regulering van het aantal pakketten. Het aantal Gag-monomeren per vesikelvorming is nauw verbonden met de aanwezigheid van gRNA: de afwezigheid ervan leidt tot de vorming van "lege" ongerealiseerde structurele eiwitten.
• Interactie tussen domeinen. De verbinding tussen de NC- en CA-domeinen overlapt het proces van RNA-verpakking en capside-assemblage: de kleinste mutaties in de NC leiden tot onvolgroeide structuren die geen nieuwe cellen kunnen infecteren.

Methoden en bewijs

De auteurs combineren gegevens van cryo-elektronenmicroscopie, biofysische analyses van eiwit-RNA-interacties en cellulaire experimenten met gemuteerde versies van Gag. Deze benaderingen maken het mogelijk:

• Visualiseer conformatieveranderingen van Gag bij gRNA-binding.
• Om te kwantificeren hoe verschillende ψ-elementen de stabiliteit van het Gag–RNA-complex beïnvloeden.
• Toon aan dat de opbrengst van infectieuze virionen afneemt wanneer belangrijke contacten worden verstoord, waarmee wordt bevestigd dat ze onmisbaar zijn.

Therapeutische perspectieven

Het begrijpen van de precieze moleculaire ‘sloten en sleutels’ van Gag-gRNA opent een nieuw gebied voor antiretrovirale therapie:

• Zoek naar antagonisten van kleine moleculen. Medicijnen die de binding van het NC-domein aan ψ-elementen voorkomen, zouden de virusverpakking kunnen stoppen.
• Ontwikkeling van peptideremmers. Synthetische fragmenten die de ψ-plaats nabootsen, kunnen Gag "onderscheppen" voordat ze in contact komen met het echte gRNA.
• Combinatiebenaderingen. Combinaties van klassieke proteaseremmers en 'verpakkingsmedicijnen' kunnen een synergetisch effect hebben, waardoor de kans op de vorming van resistente stammen afneemt.

Conclusie

Dit artikel vergroot ons begrip van de laatste fase van de levenscyclus van hiv-1 en biedt een evidence-based basis voor innovatieve interventies. Stap voor stap komen wetenschappers dichter bij het omzetten van de verpakking van het RNA van het virus van een sterke factor in een kwetsbare factor, wat een belangrijke aanvulling zou kunnen zijn op bestaande antiretrovirale strategieën.