HIV-1 Gag, Virionin koostaminen, Lipidraft, PIP2, (Springer kirjasta)

Paul Spearman, Eric O.Freed ( Editors)
 Hiv Interactions with Host Cell proteins . 
Springer. Current Topics in Microbiology and Immunology. 2009, siis ei aivan tuoreinta tietoa. ISBN 978- 3- 642- 02174-9

 (4) HIV-1  Gag ja  isäntäsolun kalvorakkuloita kuljettavat tiet 

(4) Chu Hin, Wang Jaang-Jiun, Spearman Paul. Human Immunodeficiency Virus type-1 Gag and host vesicular trafficking pathways (Ss. 67- 84)
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=Chu%20Hin%2C%20Wang%20Jaang-Jiun%2C%20Spearman%20Paul.%20Human%20Immunodeficiency%20Virus%20type-1%20Gag%20and%20host%20vesicular%20trafficking%20pathways

 TIIVISTELMÄ 

HIV-1 viruksen Gag- niminen proteiini toimii johtajana  uusien  viruspartikkeleitten kokoamisprosessissa. Gag rekryteeraa sen takia  isäntäsolujen oman  kalvorakkuloita kuljettavan koneisto , jotta pystyy  liikennöimään  solusytoplasman kautta ja päätymään uusien virioitten kokoontumiskohtaan. Useimmissa solutyypeissä  on uusien viruspartikkeleitten ensisijainen kokoontumiskohta  isäntäsolun plasmakalvo, mutta makrofageissa ( syöjäsoluissa)  on tämän vallitsevan  plasmamembraani- kokoontumisen ohella havaittavissa  myöhäisiin endosomeihin kertymistä, ja ne taas ovat solun sisäisiä kalvoaitioita .
Plasmamembraaniin kokoontumisen spesifisyyttä saattanee ohjailla lipidilevykomponentit ( lipid rafts)  ja sytoplasmisen kalvolehden komponentti PIP2. ( eräs kalvon fosfoinositidimolekyyli)
HIV- viruksen  kokoontumista ja viruksen ulospurkaantumista  tehostamassa  on havaittu myös osuutta adaptoriproteiinikomplekseilla, samoin proteiinien lajittelulla ja uudelleen kierrättämisellä, monirakkulaisten kappaleitten  komponenteilla ja solumoottoriproteiineilla Otsikon artikkeli esittää yleisnäkymää relevanteista  rakkulankuljetusteistä  ja kuvaa niitä  yksittäisiä komponentteja, joita on havaittu  olevan  interaktiossa Gag- proteiinin kansa.

Abstract
The Gag protein of HIV-1 directs the particle assembly process. Gag recruits components of the cellular vesicular trafficking machinery in order to traverse the cytoplasm of the cell and reach the particle assembly site. The plasma membrane is the primary site of particle assembly in most cell types, while in macrophages an unusual intracellular membrane-bound compartment bearing markers of late endosomes and the plasma membrane is the predominant assembly site.
 Plasma membrane specificity of assembly may be directed by components of lipid rafts and the cytoplasmic leaflet component PI(4,5)P(2).
 Recent work has highlighted the role of adaptor protein complexes, protein sorting and recycling pathways, components of the multivesicular body, and cellular motor proteins in facilitating HIV assembly and budding. This review presents an overview of the relevant vesicular trafficking pathways and describes the individual components implicated in interactions with Gag.

Suomennos 23.2. 2015 

PIP2

Psychopharmacology (Berl). 2000 Mar;149(1):12-6. Effects of lithium on platelet membrane phosphoinositides in bipolar disorder patients: a pilot study.

Soares JC, Mallinger AG, Dippold CS, Forster Wells K, Frank E, Kupfer DJ.

Source

Department of Psychiatry, Western Psychiatric Institute and Clinic, University of Pittsburgh School of Medicine, Pennsylvania 15213, USA.

Abstract

RATIONALE:

In vitro and in vivo animal studies suggest that the intracellular phosphatidylinositol (PI) pathway is an important target for the effects of lithium.

OBJECTIVES:

We conducted a preliminary study to examine the in vivo effects of lithium treatment on platelet membrane phosphoinositides in bipolar disorder subjects, in an attempt to examine further the hypothesis that lithium has significant in vivo effects on the PI pathway in these patients.

METHODS:

We quantitated PI, phosphatidylinositol-4-phosphate (PIP), and phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PIP2) in platelet membranes of seven subjects (five male, two female; mean age= 27.9+/-5.7 years), initially while they were unmedicated, and a second time after at least 21 days of lithium treatment (mean+/-SD=28.7+/-7.1 days).

RESULTS:

The mean+/-SD values for PI were 5.63+/-2.25% and 5.21+/-1.06%; for PIP 0.68+/-0.20% and 0.55+/-0.11%; and for PIP2 0.60+/-0.21% and 0.38+/-0.15%, before and after lithium treatment, respectively. The decrease in PIP2 values after lithium treatment was statistically significant (Wilcoxon signed ranks test, Z=-2.37, P=0.02).

CONCLUSION:

This longitudinal study suggests that therapeutic doses of lithium significantly decrease platelet membrane PIP2 levels in vivo in bipolar disorder subjects, which may be related to lithium's mechanism of action in bipolar disorder.

PMID:

10789877

[PubMed - indexed for MEDLINE]

HIV Gag ja sen plasmakalvossa oleva reseptori. Lipidilevy ja PIP2 . (Springer)

P Spearmanin kirja (Springer)  käsittelee yhdessä luvussa Plasma membrane-specific interactions :lipid rafts and PI(4,5)P2. ( Sivu 73- 74)

Jo vuonna 1991 tutkijat olettivat, että Gag polyproteiini omaa jonkin spesifisen plasmakalvopaikan, joka on kuin reseptori, mikä sitten tulee virioniin menevien molekyylien kokoontumiskohdaksi. Kaksi solun rakennetta, mitkä olisivat viruksen Gag-proteiinille edullisia plasmakalvolla ovat lipidiraft- kolesteroli- ja glykosfingolipidipitoiset levymäiset kohdat, ja PIP2, joka on lipidikaksoiskerroksen sisäpinnassa.

http://www.pnas.org/content/98/26/15239/F1.large.jpg
Näille lipidilevyille on löydetty monta tärkeää roolia (2007). HIV viruspartikkelin lipidivaippa ( envelope) sisältää runsaasti sfingolipidejä ja kolesterolia, mistä päätellen virioni silmukoituu ja nuppuilee esiin juuri näistä lipidilevykohdista.
Gag liittyy vahvasti tiettyihin DRM-kalvoihin ( detergenteille resistentteihin kalvoihin) DRM kohdat ovat luonteenomaista lipidilevyihin liittyneiden proteiinien mikrodomaaneille.
Kolesterolin poistuma lipidilevystä estäisi virionin vapautumista ja infektiivisyyttä. Gag suosii plasmakalvon sisäpintaa enemmän kuin endoplasmisen retikulumin (ER) kalvoa nuppuilemistarkoituksiin
Gag multimeerit konsentroivat tai rekrytoivat lipidilevyn komponentteja virioneja silmukoivaan kohtaan ja samalla muuttavat lipidilevyn klassisia biokemiallisia ominaisuuksia.
Gag ei voi multimerisoitua, jos kolesteroli puuttuu, joten nämä lipidilevyt ovat Gag -multimeerien muodostumiselle suosiollinen kohta plasmakalvossa.

PIP2 , tyyppiä ( PI(4,5)P2, on muodostunut tärkeäksi Gag-interaktion määrääjäksi plasmakalvon sisällä. PIP2 sijaitsee ensisijaisesti plasmakalvon sisälehdessä. Jos PI(4,5)P2 :n sijoittautuminen muuntui aktiivin entsyymin polyfosfoinositidi-5-fosfataasi IV:n vaikutuksesta tai aktiivin Arf ( Arf6 Q67L) tekijän vaikutuksesta , virionien tuotto väheni vahvasti. Lisäksi nämä mainitut interventiot johtivat virionpartikkeleitten muodostuksen uudelleensijoittautumaan: myöhäisiin endosomeihin.

Interaktio gag polyproteiinin MA-domaanin ja PI(4,5)P2- kalvolipidin kesken näyttää vaikuttavan Gag-proteiinin kalvoon sitoutumisen tehokkuuteen (2008). On selvitelty MA-PI(4,5)P2 interaktioitten rakenteellinen perusta ja se tarjoaa erittäin kiinnostavan selitysmallin siitä, miten tämä keskeinen vaikutus voi johtaa lisääntyneeseen Gag-interaktioon plasmakalvon sisälehden kanssa. Tutkittaessa kalvoonsitoutumista kombinoituna MA- mutageneesiin on arveltu myristyloitumisvaihteen olevan MA:n ja solukalvojen interaktion taustalla. Myristiinihappo oli osittain kertyneenä molekyylin globulaarisen pään sisällä olevaan taskuun. PI(4,5)P2 sitoutuu suoraan Hiv-1 viruksen MA domaanin ja oletetaan sen triggeröivän esiin myristiinihapon esiintuloa. Muodostuu kompleksi, joka on tehokas kalvoankkuri sitoen Gag-polyproteiinin plasmamembraanin sisälehteen. MA-PIP2 interaktion paljastama ankkuri käsittää inositolin päätyryhmään ja n2- rasvahappoketjun, joka ulottuu MA-domaanin hydrofobisen kuoppaan ja oienneeseen MA:n myristiinihappoon, joka saa kontaktin kalvon sisälehteen. ( Inositolifosfaatteilla on osuutta virusten kaltaisten partikkeleitten (VLP) muodostuksessa myös koeputkessa sekä in vivo.
Interaktiosta Gag- polyproteiinin ja fytiinin (IP6) kesken koeputkessa seuraa dramaattisia conformaation muutoksia Gag-proteiinissa, mitkä säätelevät Gag-Gag- interaktioita. Vaikka fytiini (IP6)- efektin suhdetta MA-PI(4,5)P2 interaktioon ei tiedetä. niin Gag- PI(4,5)P2 interaktion mahdollisuutena on säädellä Gag-Gag multimerisaatiota solukalvoilla.

On sitäpaitsi havaittu, että HIV-1 ja MLV virionit ovat hyvin PI(4,5)P2 pitoisia verrattuna plasmakalvon pitoisuuksiin (2008). On myös huomioitava, että MA-PI(4,5)P2 interaktio on konservoitu myös HIV-2 ja EIAV viruksissa (2008). Nämä huomioon ottaen PI(4,5)P2 molekyylin osuuden jatkotutkimukset virionin kokoamisissa todennäköisesti johtavat tärkeisiin uusiin löytöihin. (Kommentti: Gag-multimerisaatiossa siten vapautuisi korkea-energisiä fosfaattisidoksia energiasidoksia käytettäväksi ja prosessi on hyvin tehokas) .

(Oma kommentti:
Kuten tiedetään ihmiskehosta, fosfaatin päälähde on kasviperäinen fytiini Ihmiskunnassa( fytiiniä tulee viljoista, siemenistä, jyvistä ym) Kaikki elolliset oliot tarvitsevat fosforia ja ilmeisesti tästä lipidimolekyylin fosforista saa virus hyvät alkuenergiavarastot fosforin osalta. Ihmisen aivokorteksissa ja betasolussa on energiateissä tämä rikastuneitten inositolifosfaattien PIP2-järjestelmä.PIP2 energia-aine on aineenvaihdunnallisesti vaikeitten olosuhteitten energia-aine.) Virionin ulosnuppuilu on energeettisesti jopa edullista järjestelmässä.
http://sitemaker.umich.edu/ono.lab/files/hiv_assembly__rafts_.jpg
"Launching virions ", sanoisin.