ZHENG et al. Intrasellulaarinen immuniteetti (2005)

INTRASELLULAARINEN IMMUNITEETTI HIV-1 VIRUSTA KOHTAAN (2005)

LÄHDE : Zheng Y-H, Peterlin BM. Intracellular immunity to HIV-1: newly defined retroviral battles inside infected cells Yong-Hui Zheng and B Matija Peterlin Retrovirology 2005, 2:25 doi:10.1186/1742-4690-2-25 Departments of Medicine, Microbiology and Immunology, Rosalind Russell Arthritis Research Center, University of California, San Francisco, San Francisco, CA, 94143-0703, US

Sisältö

1. ABSTRAKTI

2. TAUSTA

3. INTERFERENSSI ja RESTRIKTIO

4. CYTIDIINIDEAMINAASIT

5. APOBEC-PROTEIINIT ja VIRUKSEN REPLIKAATIO

6. Vif JA APOBEC- PROTEIINIT

7. Vif-puutteiset VIRUKSET ja LIIKKUVAT GENEETTISET ELEMENTIT ( RETROTRANSPOSONIT)

8. MUUT ANTIVIRAALIT GEENIT INTRASELLULAARISESSA IMMUNITEETISSA

9. SOLUNSISÄINEN IMMUNITEETTI

10 JOHTOPÄÄTÖS. YHTEENVETO

Abstrakti _ Abstract

• Eukaryoottinen biologia ja immunologia on jatkuvasti rikastunut niistä tutkimuksista, joita HIV-1 viruksen suhteen suoritetaan (Human Immunodeficiency Virus - I). Nykytutkimuksissa on määritelty sellaisia tekijöitä, jotka alkavat toimia, kun virus on mennyt sisälle soluun (viral entry, decouting) ja ne estävät proviruksen replikaatiota infektoituneessa solussa. Eräät näistä järjestelmistä hyökkäävät suoraa viruksen rakenteitten kimppuun, kun taas toiset editoivat (manipuloivat) viruksen geneettistä materiaalia käänteisen kopioinnin aikana. Yhdessä ne muodostavat vahvan ja heti ehtivän intrasellulaarisen immuniteetin sisääntunkeutuvia patogeeneja kohtaan. Nämä prosessit tarjoavat myös kiinnostusta herättävän näkökulman fundamentaalisiin solumekanismeihin, jotka saattanevat asettaa rajoituksia ( restriktiota) liikkuvalle geneettiselle materiaalille, retrotransposoneille, ja täten suojata genomia.

SITAATTI. Studies of the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) continue to enrich eukaryotic biology and immunology. Recent advances have defined factors that function after viral entry and prevent the replication of proviruses in the infected cell. Some of these attack directly viral structures whereas others edit viral genetic material during reverse transcription. Together, they provide strong and immediate intracellular immunity against incoming pathogens. These processes also offer a tantalizing glimpse at basic cellular mechanisms that might restrict the movement of mobile genetic elements and protect the genome.

1. TAUSTA_Background

1.1.Soluun perustuva yhteensopimattomus

• Vaikkakin HIV-1 on mitä patogeenisin ihmiskunnassa, se ei kuitenkaan pysty replikoitumaan useimmissa muissa lajeissa. Tämä ihmishakuiuus, ihmis-trooppisuus, määräytyy pääasiallisesti siitä, omaako isäntäsolu tarvittavat kofaktorit (cofactors). Esim HIIRELTÄ puuttuu funktionaalinen reseptori ja soveltuva käänteiskopiointilaitteisto, joten hiiren soluissa ei toimi HIV-1 virusinfektio. Täten hiiren organismi pystyy vastustamaan patogeenia solun ja kudoksen yhteensopimattomuuden takia (incompatibility).

1.1. SITAATTI. Cell-based incompatibility Although it is highly pathogenic in humans, HIV-1 cannot replicate in most other species. This tropism is determined primarily by whether host cells express the required cofactors. For example, by lacking a functional receptor and appropriate transcriptional machinery, mouse cells do not support infection by HIV-1. Thus, the organism resists the pathogen via a cell-based incompatibility.

1.2. Nopea intrasellulaarinen immuniteetti

• Mutta patogeenia voi rajoittaa myös joidenkin hallitsevien inhibitoristen tekijöitten läsnäolo. Ne hyökkäävät soluun tunkeutuvan viruksen kimppuun heti ja blokeeraavat sen integroitumisen isäntägenomiin. Tämä pätee myös HIV-1 virukseen HIIREN soluissa ja edustaa todellista ”intrasellulaarista immuniteettia”. Mikä erittäin tärkeää, tällainen isäntäsoluvaste on paljon nopeampi kuin mikään traditionaalinen luonnollisen ( innate) tai adaptiivisen (adaptive) immuniteetin ( immunity) vaste ja se pystyy estämään solun infektoitumista.

1.2.SITAATTI. Rapid immediate intracellular immunity However, a pathogen can also be restricted by the presence of dominant inhibitory factors. They attack the incoming virus directly and block its integration into the host genome. This situation also pertains to HIV-1 in mouse cells and represents true "intracellular immunity." Importantly, this host response is more rapid than either traditional innate or adaptive immunity and can prevent the establishment of the infection.

1.3. TRIM5alfa perhe ja APOBEC-perhe ym

• Intrasellulaarisesta immuniteetista hankittuun uuteen ymmärtämykseen kuuluu myös tieto kahdesta proteiinistaperheestä TRIM5alfa-perhe ja APOBEC-perhe. TRIM5alfa tarkoittaa ”the tripartite motif protein 5 alfa” ja APOBEC tarkoittaa ” the apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic-polypeptides 3B, 3C and 3G. (APOBEC3B, APOBEC3F and APOBEC3G or A3B, A3F and A3G). Kollektiivisesti nämä pystyvät inaktivoimaan useita retroviruksia, joihin kuuluu myös HIV-1, SIV ( simian immunodeficiency virus), hepatitis B virus HBV ja eräitä hiiren mobiileja geneettisiä elementtejä. Tässä artikkelissa katsahdetaan näihin viimeaikaisiin (2005) tietoihin ja mainitaan lyhyesti joitain muitakin seikkoja, mitkä ovat retroviraalista replikaatiota blokeeraavia.

2.3. SITAATTI. TRIM5alfa, ABOPEC families etc. Recent advances in our understanding of intracellular immunity have identified two different proteins, the tripartite motif protein 5α (TRIM5α) and the apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic-polypeptides 3B, 3F and 3G (APOBEC3B, APOBEC3F and APOBEC3G or A3B, A3F and A3G), which collectively inactivate several retroviruses including HIV-1, simian immunodeficiency virus (SIV), hepatitis B virus and some mouse mobile genetic elements .This review highlights these recent developments and mentions briefly additional potential blocks to retroviral replication.

2. Interferenssi ja restriktio_ Interference and Restriction

2.1. Luonnollinen interferenssi. Fv (Friend virus susceptibility factor)

2.1 Puuttuva reseptori.

• Ensin määrittelyä ja taustaa. Viruksen ”interferenssillä” tarkoitetaan tilannetta, missä yhdellä viruksella kroonisesti infektoituneet solut tai endogeenistä retrovirusta sisältävät solut pystyvät vastustamaan (resist) superinfektiota, joita muut sellaiset virukset aiheuttavat, jolla on ulkovaipassaan (envelope) samanlaisia kohdespesifisyyksiä (target specificity). Tämän laadun estettä (block) aiheuttaa tavallisesti sopivan reseptorin puute solun pinnasta.

Hyvä esimerkki tästä on Fv4, Friend virus susceptibility factor 4 (tai Akvr-1), mikä kontrolloi HIIREN alttiutta ekotrooppiselle MLV-virukselle ( murine leucemia virus). Tämä geeni sijaitsee HIIREN kromosomissa 12 endogeenin, defektin proviruksen sisällä ja koodaa täydellistä kalvoa (envelope), jossa on hyvin suuri sekvenssien samankaltaisuus verrattuna Cas-Br-E virukseen ja Moloney MLV-virukseen. Tämä pintakalvo sitten blokeeraa kationi-aminohappokuljettajan ilmentymän, mikä taas toimii reseptorina MLV-viruksille solun pinnalla. MLV taas voi käyttää vain hiiren reseptorimuotoa, mutta ei ihmisen reseptorimuotoa.

2.1. SITAATTI. Loss of receptor. Let us begin with some definitions and historical perspectives. Viral "interference" refers to the situation when cells, which are chronically infected with one virus or contain endogenous retroviruses, resist superinfection by other viruses bearing envelopes with a similar target specificity. This block usually results from the loss of the appropriate receptor on the cell surface.A good example of this interference is the Friend virus susceptibility factor 4 (Fv4), also known as Akvr-1, which controls the susceptibility of mice to infection by ecotropic but not other murine leukemia viruses (MLVs). This gene is located on mouse chromosome 12 within an endogenous defective provirus and encodes a complete envelope that shares very high sequence similarity with those from ecotropic Cas-Br-E virus and Moloney MLV. This envelope then blocks the expression of the cationic amino acid transporter, which is the receptor for these MLVs, on the cell surface. Of interest, MLV can only use the murine but not the human form of this receptor for entry.

2.2. Restriktio. Fv1 järjestelmä

2.2. Fv

• ”Restriktiolla” taas viitataan virusreplikaation intrasellulaariseen estymiseen. Tästä on näihin asti ollut parhampana esimerkkinä Fv1. Kuten Fv4 ja vähemmän karakterisoidut Fv3 ja Fv2, niin myös Fv1 aiheuttavat HIIRELLÄ resistenssiä MLV-infektiota vastaan.

• Fv1 geeni sijaitsee HIIRELLÄ kromosomissa 4 ja koodaa proteiinia, joka muistuttaa muita endogeenejä, retroviraaleille struktuuriryhmille spesifisiä antigeenejä. Tässä huomautetaan, että virionien morfogeneesissä ja vapautumisessa retroviraali Gag -polyproteiini prosessoituu virusproteaasilla eri alayksikköihinsä kuten matriksi MA ja kapsidi CA sekä nukleokapsidi NC. Kun MA ja CA muodostavat matriksikuoren ja kotelon ytimen kypsiä viraalisia partikkeleita, niin NC pakkaa viruksen genomista RNA:ta ydinkotelon sisään. Kun virus taas menee uuteen soluun infektoimaan ja on sen sisällä ( ENTRY) ja alkaa vapautua ulkovaipastaan ( ENVELOPE, UNCOUTING), moni rakenneproteiini jää liittyneeksi viruksen entsyymeihin (kuten RT , reverse transcriptase ja IN, integrase) ja RNA:han laajassa preintegraatiokompleksissa PIC (koko 2 mDa)

2.2. SITAATTI. The term "restriction" refers to intracellular blocks to viral replication. Until now, the best example has been Fv1. Like Fv4 and the less well-characterized Fv3 and Fv2, Fv1 also confers resistance of mice to the infection by MLV. The Fv1 gene is located on mouse chromosome and encodes a protein that resembles other endogenous retroviral structural group specific antigens (Gag). Of note, during the morphogenesis and release of progeny virions, retroviral Gag polyproteins are processed by the viral protease into distinct subunits, namely matrix (MA), capsid (CA) and nucleocapsid (NC). Whereas MA and CA form the outer shell and inner core of mature viral particles, NC packages viral genomic RNA into the core. After entry and uncoating in newly infected cells, many structural proteins remain associated with viral enzymes (reverse transcriptase, RT and integrase, IN) and RNA in a large (2 mDa) preintegration complex (PIC).

2.3 Blokeeraus, Fv1 ja kapsidi CA, PIC

• Fv1 alleellit Balb/c ja NIH/Swiss HIIRISSÄ johtavat resistenssiin MLV viruksen N- ja B-trooppisia kantoja kohtaan (vastaavasti), mitkä kartoittuvat kapsidirakenteen CA asemaan 110. Viimeiset rakenneanalyysit ovat paljastaneet että tämä aminohappotähde sijaitsee kotelorakenteen ulkopinalla CA-molekyylissä, mikä on helposti soluproteiinien tavoitettavissa. Fv1:ssä avainaminohappo tälle restriktiolle kartoittui asemaan 358, vaikka ei ole demonstroitu sitoutumista Fv1 ja CA kesken, ne voivat jollain tavalla olla interaktiossa, erityisesti kun CA ja Gag muodostavat oligomeerejä, CA:n tapauksessa viruskotelon hexagonaalisia ristikoita. Koska heterozygoottinen Fv1n/b blokeeraa infektion molemmista viruksista käsin, resistenssi on dominanttia. Toisaalta N/B- trooppinen MLV virus voi infektoida kaikkia näitä hiiriä. Tämä restriktio on saturoituvaa molemmista viruksista peräisin olevilla kapsidien CA suurilla pitoisuuksilla, mikä merkitsee että Fv1 määrät tai sen kofaktoreitten määrät ovat rajoittavia. Kuten alla kerrotaan, yksi näistä cofaktoreista voi olla TRIM5alfa. Näitten interaktioitten tuloksena oletetaan, että Fv1 blokeraa CA (ydinkapsidin) hajaantumisen ja PIC-kompleksin normaalin liikkumisen tumaan.

2.3.. SITAATTI. Alleles of Fv1 in Balb/c (Fv1^b/b) and NIH/Swiss (Fv1^n/n) mice result in resistance to N- and B-tropic strains of MLV, respectively, which maps to position 110 in CA. A recent structural analysis revealed that this residue is located at the outer face of the core structure of CA with easy access to cellular proteins. On Fv1, the key residue for this restriction was mapped to position 358. Although binding between CA and Fv1 has not been demonstrated, they could interact as higher order structures, especially since CA and Gag form oligomers, in the case of CA, hexagonal lattices of the viral core. As heterozygous Fv1^n/b mice block infection by both viruses, resistance is dominant.Conversely, NB-tropic MLV can infect all these mice. Of interest, this restriction is saturable with high levels of CA from either virus, implying that amounts of Fv1 or its cofactor/s are limiting. As described below, one of these cofactors could be TRIM5α. As a result of these interactions, Fv1 is thought to block the disassembly of CA and the normal movement of the PIC into the nucleus.

3. Retroviraalinen TRIM5α järjestelmä

3.1. Intrasellulaarista immuniteettia on muutakin kuin Fv1

• Fv1 ei ole ainoa geneettinen järjestelmä, mikä suo intrasellulaarista immuniteettia retroviraalista infektiota kohtaan. Esimerkiksi N-trooppisen MLV-viruksen replikaatio ja EIAV -lentiviruksen (hevosen infektiöösin anemian viruksen) replikaatio on inhiboitunut ihmissoluissa. Samoin nisäkkään lentiviruksista HIV-1:n ja rhesusapinan SIVmac-viruksen replikaatiot ovat estyneet eri apinalajien soluissa. ESIM. HIV-1 ei pysty kasvamaan vanhan maailman apinain soluissa ja näihin kuuluvat African green monkeys (agm)ja Rhesus macaques-apinalajit (mac). SIVmac ei taas pysty infektoimaan uuden maailman apinoita, joihin kuuluu squirrel monkey, orava-apinat ja common marmoset, kynsiapinat.

3.1. SITAATTI Fv1 is not the only genetic system conferring intracellular immunity against a retroviral infection. For example, the replication of N-tropic MLV and the equine infectious anemia virus (EIAV, a lentivirus) is also inhibited in human cells, as is that of the primate lentiviruses HIV-1 and SIV from rhesus macaques (SIV_mac) in cells from different monkeys. For example, HIV-1 does not grow in old world monkeys, which include African green monkeys and rhesus macaques, and SIV_mac does not infect new world monkeys, which include squirrel monkeys and common marmosets.

3.2. Miten Lv1 ja Ref 1 blokeeraukset muistuttavat Fv1-restriktiota?

• Ensinnäkin: Viruksen replikaatio epäonnistuu käänteiskopiointikohdilta.Toiseksi, CA kapsidiproteiini on myös kohteena (target). Kapsidiproteinin CA aseman 110 aminohappo myös määrää N-trooppisen MLV:n restriktion ihmissolussa. HIV-1 viruksen restriktio rhesus macaque -apinan solussa kumoutuu, jos sen CA ( kapsidiproteiini) korvataan SIVmac CA-proteiinilla.
  Kolmanneksi: Koska inhibitiota non-restriktiivisen ja restriktiivisen solun välillä ylläpitää heterokaryon, tämä restriktio on dominantti.
  Lopuksi: Nämä blokit ovat saturoitavissa.

Kuitenkin koska mitään Fv1-geeniin verrattavaa geeniä ei löydy nisäkässoluista, ihmissoluissa tapahtuva blokeerautumisen N-trooppiselle MLVvirukselle ja EIAV lentivirukselle on oletettu johtuvan restriktiofaktorista 1 (Ref 1) ja apinansoluissa esiintyvä blokeerautuminen HIV-1 ja SIV-1 viruksille katsotaan johtuvan lentivirukselle alttiusfaktorista Lv1 ( lentivirus susceptibility factor 1) 
 

3.2. SITAATTI. Interestingly, these blocks resemble Fv1 restriction in several ways. First, viral replication is impaired at the step of reverse transcription . Second, CA is also targeted. The residue at position 110 in CA also determines the restriction of N-tropic MLV in human cells and that of HIV-1 in rhesus macaque cells is abrogated when its CA is replaced by that from SIVmac.

Third, because heterokaryons between non-restrictive and restrictive cells maintain the inhibition, this restriction is dominant. Finally, these blocks are saturable. However, since no Fv1-related gene could be found in primate cells, blocks to N-tropic MLV and EIAV in human cells were thought to be due to the restriction factor 1 (Ref1), and those to HIV-1 and SIV in monkey cells to the lentivirus susceptibility factor 1 (Lv1).

3.3. TRIM5alfa geeni. Mitokondriaalinen integriteetti tärkeä.

• Todellakin Ref1 ja Lv1 näyttivät omaavan toisiaan lisääviä samankaltaisuuksia blokeeratessaan retroviraalisia replikaatioita. Esimerkiksi molemmat restriktiot poistuvat, jos mitokondriaalisten kalvojen integriteetti särkyi kemiallisesti. Nämä ovat myös saturoitavissa samoilla virusten kaltaisilla partikkeleilla. Kun käytettiin funktionaalista komplementtimenetelmää, Lv1 identifioitiin ensiksi rhesus macaque -apinan TRIM5alfa geeninä (macTRIM5alfa). Myöhemmin kun eliminoitiin TRIM5alfa transkripteja vanhan maailman apina-ja ihmissoluista siRNA interferenssillä, katosi samalla Lv1 ja Ref1 blokeeraukset. Tutkimukset osoittivat, että hTRIM5 alfa, macTRIM5alfa ja agmTRIM5alfa ( African green monkey) pystyvät tekemään sellaisen restriktion eri viruksille, mitä aiemmin oli katsottu Lv1 ja Ref1 funktioiksi. Niinpä Lv1 ja Ref 1 on katsottava lajispesifisiksi TRIM5alfa varianteiksi.

3.3. SITAATTI. Indeed, Ref1 and Lv1 share additional similarities in blocking retroviral replication. For examples, both restrictions can be attenuated by chemicals that disrupt the integrity of mitochondrial membranes, and they can be saturated by the same virus like particles (VLPs). Using a functional complementation assay, Lv1 was first identified as the rhesus macaque TRIM5α (macTRIM5α) gene. Later, by eliminating TRIM5α transcripts from old world monkey and human cells with small interfering RNA (siRNA), the Lv1 and Ref1 blocks were also abrogated. Further studies revealed that hTRIM5α (from humans), macTRIM5α and agmTRIM5α (from African green monkeys) restrict the replication of different viruses, which were assigned previously to Lv1 and Ref1 .Thus, Ref1 and Lv1 are species-specific variants of TRIM5α.

3.4. Ihmisen hTRIM5alfa proteiini, TRIM5 geenit. RBCC rakenne

• Ihmisen TRIM5alfa proteiinissa on 493 aminohappotähdettä ja se kuuluu suureen tripartiittimotiiviperheeseen, jossa on 37 geeniä. Niihin luetaan PML tai TRIM19 geeni(promyelosyyttileukemiaproteiini). Kun ne käyttävät vaihtoehtoista RNA-pilkkoutmista ne voivat tuottaa 71 eri transkriptia. Esimerkiksi ihmisen TRIM5 geeniä hTRIM5α, β, γ, σ, ε, ja ζ.. Vaikka niitten funktiosta on vain vähän tietoa, tiedetään että niillä on rakenteessaan kolme selvää motiivia: RING Zn++finger, yksi tai kaksi kappaletta B-box Zn++finge,  yksi alfa-helix-hair pin (CC, coiled coil) alue. Tämän takia niitä kutsutaan myös nimellä: RING finger: B box: Coiled Coil (RBCC) family proteins. Tämä RINGfingermotiivi sisältää cysteiiniä runsaasti ja siihen kuuluu kaksi toisiaan vastaan välilehtimäisesti sijaitsevaa sinkkiä sitovaa kohtaa. Monet RING-finger proteiineista toimivat kuten E3 ubikitiiniligaasi ja niillä on avainosuutta proteiinien hajoittamisessa (silppuroimisessa). ESIM: Ring-box-1 (Rbx1) on essentielli komponentti sellaisessa kompleksissa, jonka nimi on SCF ( Skp1: cullin-1: F-box). Lisäksi TRIM5σ osoittaa E3 ligaasin aktiivisuutta koeputkessa.

3.4. SITAATTI. The hTRIM5α protein contains 493 residues and belongs to the large tripartite motif (TRIM) family that consists of 37 genes, which include the promyelocytic leukemia (PML or TRIM19) protein. By alternative RNA splicing, they produce 71 different transcripts. For example, the human TRIM5 gene is expressed as hTRIM5α, β, γ, σ, ε, and ζ. Although little is known of their function, they contain three distinctive structural motifs, a RING Zn⁺⁺ finger, one or two B-box Zn⁺⁺ finger, and an α-helical coiled-coil (CC) region. For this reason, they are also called the RING finger:B box:Coiled-coil (RBCC) family proteins. The RING finger motif features a cysteine-rich consensus, which contains two interleaved Zn⁺⁺-binding sites. Many RING finger proteins act as E3 ubiquitin ligases and play key roles in protein degradation. For example, Ring-box-1 (Rbx1) is an essential component of the Skp1:cullin-1:F-box (SCF) complex. Additionally, TRIM5σ displays E3 ligase activity in vitro [38].

3.5. TRIM-proteiinien sijainti solussa. B-Boxit. TRIM 19 (PML). SPRY.

• B-boxit, joissa on yksi Zn++ sitova kohta ja B1 ja B2 motiivit, orientoivat hair pin (CC) motiivia, joka välittää proteiini-proteiini-interaktioita. Itseasiassa TRIM proteiinit muodostavat oligomeereja. Lisäksi TRIM 5alfa sisältää SPRY domaanin C-terminaalissaan. Tämä domaani identifioitiin ensiksi sp1A- kinaasina Dictyosteliumista ja kaniinin ryanodiinireseptorista ja se kuuluu B30.2 alaluokkaan tai RFP-kaltaiseen domaaniin. Butyrofiliinissa B30:2 domaani, jossa on 170 tähdettä, osallistuu ligandin sitomiseen. TRIM-proteiinit lokalisoituvat erityisiin soluaitioihin, joissa ne muodostavat erillisiä rakenteita. Kun TRIM19 kertyy erillisiin PML-onkogeenisiin domaaneihin (PODs) tumassa, niin TRIM5alfa voi muodostaa sytoplasmisia rakenteita ( cytoplasmic bodies).

3.5. SITAATTI. B-boxes, which consist of one Zn⁺⁺-binding site and a B1 or B2 motif, orient the CC motif that mediates protein-protein interactions. Indeed, TRIM proteins form oligomers.In addition, TRIM5α contains a SPRY domain at its C-terminus. The SPRY domain was originally identified in the splA kinase of Dictyostelium and the rabbit ryanodine receptor, and belongs to the subclass of the B30.2 or RFP-like domains. In butyrophilin, the B30.2 domain, which contains 170 residues, is involved in ligand binding. Of interest, TRIM proteins localize to particular cellular compartments where they form discrete structures. Whereas TRIM19 assembles discrete PML oncogenic domains (PODs) in the nucleus, TRIM5α can form cytoplasmic bodies.

3.6. Ihmisille vaikea mutaatio tapahtunut V1/SPRY R332P

• Vaikka TRIM proteiineilla on 87 % sekvenssisamankaltaisuus, niin vain macTRIM5alfa ja hTRIM5alfa voivat blokeerata HIV-1 replikaatiota. Tämä lajispesifinen restriktio kartoitettiin SPRY-domaaniin. Geneettisesti analysoiden saatiin ilmi, että SPRY-domaani on dramaattisesti mutatoitunut nisäkkäitten evoluution aikana ja sisältää neljä variabeli aluetta V1, V2, V3 ja V4. Yhden yksittäisen aminohapon muutos (R332P) variabelissa V1 kumoaa HIV-1 viruksen replikaatiota estävän vaikutuksen, mikä hTRIM5alfalla voisi olla. Tästä voidaan päätellä, että SPRY-domaani on vastuullinen kapsidiproteiiniin CA-kohdistumiseen. Vaikka ei ole demonstroitu sitoutumista rhTRIM5alfa SPRY-domanin ja HIV-1 CA kapsidiproteiinin välillä, kuitenkin pöllöapinalta (owl monkey) tehdyt löydöt omTRIM5alfan suhteen viittaisivat sellaiseen suoraan interaktioon.

Nyt seuraa aika monimutkainen kertomus selitykseksi.

3.6. SITAATTI Although they share 87 % sequence similarity, only macTRIM5α but not hTRIM5α blocks HIV-1 replication. This species-specific restriction was mapped to the SPRY domain. Through genetic analysis, it was revealed that this SPRY domain has experienced dramatic mutations during primate evolution and contains four variable regions V1, V2, V3, and V4. The change of a single residue (R332P) in V1 abolished the inhibition of HIV-1 replication by hTRIM5α , which suggests that the SPRY domain is responsible for its targeting of CA. Although no binding between the SPRY of rhTRIM5α and HIV-1 CA has been demonstrated, the findings with TRIM5α from owl monkeys (omTRIM5α) support such direct interactions.A rather complicated story follows.

3.7. Kertomus Cyclophilinin osuudesta ja johtopäätöksistä

• Cyclofiliini A (CypA) on eukaryoottinen peptidyyliprolyyli cis-trans-isomeraasi. Se sitoutuu proliinirikkaaseen ulokelenkkiin HIV-1 kapsidiproteiinissa CA ja se on kriittinen viruksen replikaatiolle ihmisen soluissa. Mutta pöllöapinan soluissa asia on päinvastoin: kyky sitoutua CypA-molekyliin on restriktio HIV-1 viruksen replikaatiolle.Pöllöapinat ovat atyyppisiä uuden maailman apinoita, koska niitten Lv1 estää HIV-1, mutta ei SIVmac virusta. Vaikkakin tämä blokki HIV-1 replikaatiolle kumoutuu, kun interaktio CA-kapsidiproteiinin ja CypA kesken estetään CA-mutaatiolla tai syklosporiini A-käsittelyllä pöllöapinassa, sama manipulaatio lisää Ref1 efektiä HIV-1 virukseen ihmissoluissa. Selitykset näihin eroihin saatiin, kun kloonattiin omTRIM5alfa geeniä.SPRY domaanin sijasta se sisältää täydellisen CypA geenin. Täten pöllöapinan solut ilmentävät fuusioproteiinia omTRIM5alfan ja CypA:n kesken ( omTRIM5alfaCypA), mikä todennäköisimmin saa alkunsa CypA geenin retrotranspositiosta omTRIM5alfa lokukseen pitkällä sekaan sirottautuneella tumaelementti-1:llä ( LINE-1 tai LI). Johtopäätöksenä on, että CA ja omTRIM5alfa ovat keskinäisessä vuorovaikutuksessa tämän CypA domaanin välityksellä ja aiheuttavat restriktiota HIV-1 replikaatiolle pöllöapinoissa.

SITAATTI 3.7. Cyclophilin A (CypA) is an eukaryotic peptidyl-prolyl cis-trans-isomerase. It binds an exposed proline-rich loop in CA of HIV-1 and is critical for its replication in human cells. In contrast, the ability to bind CypA restricts HIV-1 replication in owl monkey cells. Owl monkeys are atypical new world monkeys because their Lv1 inhibits HIV-1 but not SIV_mac. Although this block to HIV-1 replication is abrogated when the interaction between CA and CypA is prevented by mutations in CA or by cyclosporin A treatment in owl monkey cells, the same manipulations increase effects of Ref1 on HIV-1 in human cells. The explanation for these differences came with the cloning of the omTRIM5α gene. Instead of the SPRY domain, it contains the complete CypA gene. Thus, owl monkey cells express a fusion protein between omTRIM5α and CypA (omTRIM5α.Cyp), which most likely arose from a retrotransposition of the CypA gene into the omTRIM5α locus by the long interspersed nuclear elements-1 (LINE-1 or L1). In conclusion, CA and omTRIM5α interact via this CypA domain and restrict HIV-1 replication in owl monkeys.

3.8. Antiviraalit vaikutukset kohdistuvat viruksen ydinkoteloon (CA) tai tumaan kuljetukseen ( Nuclear entry)

• Näistä tutkimuksista voisi olettaa, että Fv1 ja TRIM5alfa voisivat suoraan olla interaktiossa ydinkapsidiproteiiniin CA ja täten blokeerata soluun sisääntulevia viruksia. Kuitenkin, päinvastoin kuin Fv1, joka blokeeraa tumaan menoa ja proviruksen integraatiota, TRIM5alfa estää viruksen replikaatiota vaiheessa, joka on juuri ennen käänteiskopioimista. On hämmästyttävää, miksi tällaisia eroja esiintyy. Vastauksen ehkä havaitsee siitä, että MLV pidättää CA proteiinia liittyneenä käänteiskopiokompleksiinsa, mutta sitä ei tee HIV-1. Joten HIV-1:n vaipankuoriutuminen ( uncouting) saattaisi tapahtua nopeammin kuin MLV-viruksella. Heti, kun ydinkotelon (core) rakenne on tuhoutunut, voisi käänteiskopiokompleksi (RTC) tulla alttiimmaksi TRIM5alfa vaikutukselle. TRIM5alfa voisi silloin triggeröidä esiin PIC-kompleksin menon proteiinisilppuriin.

• Tämä malli myös tarjoaa selitystä siihen, miksi viruksen replikaatio lisääntyy, kun kohdesoluja käsitellään proteosomaalisilla inhibiittoreilla. Edelleen tarvittaisiin lisätutkimuksia muista proteiineista, jotka ovat interaktiossa Fv1:n ja TRIM5alfan kanssa, niitten entsymaattisista ominaisuuksista ja niitten kulkeutumisista soluissa.

SITAATTI 3.8. These studies suggest that Fv1 and TRIM5α might interact directly with CA to block incoming viruses. However, in contrast to Fv1, which blocks nuclear entry and integration of the provirus, TRIM5α inhibits viral replication at a step before reverse transcription. It is puzzling why such differences exist. An answer might lie in the observation that MLV, but not HIV-1, retains its CA in the reverse transcription complex. Thus, the uncoating of HIV-1 could proceed much faster than that of MLV. Once the core structure is destroyed, the reverse transcription complex could become more susceptible to TRIM5α. TRIM5α could then trigger the proteasomal degradation of PIC. This model also offers an explanation of the enhancement of viral replication when target cells are treated with proteasomal inhibitors. Further details await studies of other proteins that interact with Fv1 and TRIM5α, their enzymatic properties and trafficking in cells.

Läpikäyty uudestaan 20.11.2013