Как
было отмечено выше, геном ВИЧ, помимо обычных ретровирусных
генов (gag, pol, env), содержит еще ряд генов, функции которых
заключаются в регуляции экспрессии синтеза структурных белков
вириона. Если о функции продуктов генов sor и 3`-orf мало
что известно, кроме того, что они не являются необходимыми
для репликации вируса, о действии продуктов генов tat-3 и
art имеется много данных, укладывающихся в определенную схему.
Первые опыты по изучению синтеза некоторых ферментов
в клетках, трансформированных рекомбинантными ДНК, содержащими
гены этих ферментов под контролем LTR ВИЧ, показали, что количество
специфических иРНК резко увеличивается (в 100-1000 раз) после
введения в клетки дополнительно активно экспрессирующегося
tat-3 гена. Дальнейшие опыты показали, что продукт гена tat-3
увеличивает количество специфических иРНК примерно в 10 раз,
причем его действие опосредовано последовательностью, присутствующей
в R-элементе LTR ВИЧ. Однако для максимального эффекта tat-3-зависимой
трансактивации необходимо присутствие последовательности U3
- элемента LTR. Таким образом, продукт гена tat-3 вызывает
активацию транскрипции, и его активирующее действие осуществляется
на этапе инициации транскрипции.
Важной частью tat-3-зависимой трансактивации является
активация трансляции иРНК. Этот посттранскрипционный эффект
tat-3-белка также опосредован последовательностью R-элемента
LTR ВИЧ. Эта последовательность была обозначена TAR (trains
acting responsive) и локализована между -17 и +80 нуклеотидами
в LTR ВИЧ. Анализ первичной нуклеотидной последовательности
этого участка показал наличие там 24-х нуклеотидного обращенного
повтора (между 1-м и 59-м нуклеотидами), который может формировать
петлю в иРНК. Такая вторичная структура иРНК может мешать
40S субъединице рибосомы передвигаться вдоль иРНК при инициации
трансляции и препятствовать, таким образом, синтезу продукта.
Взаимодействие продукта гена tat-3 с этим участком иРНК релаксирует
структуру и снимает, таким образом, препятствие для трансляции.
В эксперименте было выяснено, что делеции в TAR участке снимали
тормозящее действие R-элемента на трансляцию, однако полностью
ликвидировали эффект трансактивации. Таким образом, tat-3
кодируемый белок или индуцированные им клеточные факторы узнают
TAR последовательность как в ДНК (провирус), так и в иРНК
и активирует соответственно транскрипцию или трансляцию.
Действие другого гена-трансактиватора - art- осуществляется
только на посттранскрипционном уровне. Продукт гена art(trs)
участвует в регуляции сплайсинга. Он снимает репрессию специфических
негативных регуляторов трансляции, расположенных на иРНК,
кодирующей белки gag и env. В отсутствие активного гена art(trs)
нарушается синтез именно этих белков, в то время как экспрессия
других генов (например tat-3) не нарушается.
Если суммировать приведенные данные, то можно предложить
такую модель регуляции экспрессии генов ВИЧ. Продукт гена
tat-3, взаимодействуя с TAR последовательностью в LTR провируса,
активирует транскрипцию провирусной ДНК. Возможно, это происходит
за счет уменьшения тормозящего действия на процесс транскрипции
специфического негативного регуляторного элемента (NRE), расположенного
между -340-м и -185-м нуклеотидами в U3 последовательности
LTR ВИЧ.
Тот же tat-3 белок активирует и трансляцию иРНК, снимая
ингибирующее действие на инициацию трансляции TAR-элемента.
Для полноценного синтеза структурных белков вириона необходимо
действие еще одного белка - продукта гена art(trs). Этот белок
появляется в результате описанных выше событий и переключает
сплайсинг на производство иРНК структурных генов. Этот же
белок снимает действие негативных регуляторов трансляции,
расположенных на иРНК, кодирующих структурные белки (gag и
env).
Конечно, предполагаемая схема содержит много "белых
пятен". Так, пока не ясно, что является исходным толчком
к активации провируса. Такая активация происходит при антигенной
стимуляции зараженного ВИЧ Т-лимфоцита, однако молекулярные
механизмы этого явления не изучены. Важную роль в активации
провируса может играть и взаимодействие вирусных генов с клеточными
белками. Так, фактор транскрипции Sp1, присутствующий в клетках
млекопитающих, связывается с промоторным участком в LTR промотора
ВИЧ и активирует синтез РНК в 5-10 раз.