Come l'HIV-1 assembla le sue parti: nuovi dettagli sull'interazione della proteina Gag con l'RNA virale

Un team internazionale di scienziati dell'Università di Tokushima e dell'Istituto nazionale di malattie infettive del Giappone ha presentato su Frontiers in Microbiology una revisione completa dei meccanismi molecolari di impacchettamento del virus dell'immunodeficienza umana di tipo 1 (HIV-1), in cui l'interazione della sua proteina strutturale Gag con l'RNA genomico (gRNA) svolge un ruolo chiave.

Cosa si sa sul confezionamento dell'HIV-1?

L'HIV-1 è costituito da un involucro esterno in cui sono immerse le proteine virali e da un nucleo interno condensato contenente due copie del suo RNA genomico. La proteina Gag, lo "scheletro" del virus, dirige l'intero processo di assemblaggio di una nuova particella virale:

1. Legame alla membrana: il dominio N-terminale della proteina della matrice (MA) riconosce specifici lipidi della membrana della cellula ospite e localizza Gag nella posizione desiderata.
2. Confezionamento del gRNA: la regione del dominio NC (dominio nucleocapside) di Gag interagisce selettivamente con l'"elemento ψ" sull'RNA virale, assicurando che vengano catturati esattamente due filamenti di gRNA.
3. Multimerizzazione e formazione di impalcature: il dominio CA (capside) promuove la formazione di anelli Gag a sei dimensioni che si organizzano in un giovane "reticolo" sotto la membrana plasmatica.
4. Maturazione del virione: dopo la scissione dalla membrana, la proteasi virale “taglia” Gag in componenti maturi (MA, CA, NC e p6), il che porta alla formazione della forma infettiva della particella.

Nuovi dati sul ruolo delle interazioni Gag-gRNA

La revisione evidenzia alcune importanti scoperte degli ultimi anni:

• Impacchettamento differenziale di diverse forme di RNA. Oltre al gRNA a lunghezza intera, il virione può catturare parzialmente i trascritti subgenomici, ma è l'RNA a doppio filamento completo con siti ψ a garantire la formazione di particelle complete.
• Regolazione del numero di pacchetti. Il numero di monomeri Gag per formazione di vescicole è strettamente coordinato con la presenza di gRNA: la sua assenza porta alla formazione di proteine strutturali "vuote" non realizzate.
• Interazione tra domini. La connessione tra i domini NC e CA si sovrappone al processo di impacchettamento dell'RNA e di assemblaggio del capside: anche le più piccole mutazioni nel dominio NC portano a strutture immature incapaci di infettare nuove cellule.

Metodi e prove

Gli autori combinano dati provenienti da microscopia crioelettronica, analisi biofisiche delle interazioni proteina-RNA ed esperimenti cellulari con versioni mutanti di Gag. Questi approcci consentono:

• Visualizza i cambiamenti conformazionali di Gag in seguito al legame con gRNA.
• Per quantificare in che modo i diversi elementi ψ influenzano la stabilità del complesso Gag-RNA.
• Dimostrare una diminuzione della resa di virioni infettivi quando i contatti chiave vengono interrotti, confermandone l'indispensabilità.

Prospettive terapeutiche

La comprensione delle precise “chiavi e serrature” molecolari del Gag-gRNA apre una nuova frontiera nella terapia antiretrovirale:

• Ricerca di antagonisti a piccole molecole. Farmaci che impediscono il legame del dominio NC agli elementi ψ potrebbero bloccare sul nascere l'impacchettamento del virus.
• Sviluppo di inibitori peptidici. Frammenti sintetici che imitano il sito ψ sono in grado di "intercettare" Gag prima del contatto con il vero gRNA.
• Approcci combinati. Le combinazioni di inibitori della proteasi classici e farmaci "packaging" possono fornire un effetto sinergico, riducendo la probabilità di formazione di ceppi resistenti.

Conclusione

Questo articolo amplia la nostra comprensione della fase finale del ciclo vitale dell'HIV-1, fornendo una base di dati per interventi innovativi. Passo dopo passo, gli scienziati si stanno avvicinando alla trasformazione del packaging dell'RNA del virus da un punto di forza a una vulnerabilità, il che potrebbe rappresentare un importante complemento alle strategie antiretrovirali esistenti.