Российские ученые выяснили, каким образом Tat белок вируса иммунодефицита человека выполняет сразу три разных функции, и установили возможные эволюционные механизмы возникновения этой многофункциональности. Результаты исследования помогут понять механизмы развития вирусных инфекций и побочных болезней, некоторые из которых связаны с эффектами отдельных белков. Статья опубликована в Journal of Virology.
Жизнедеятельность вирусов невозможна вне клеток живых организмов, что накладывает ограничения на размер их частиц. Это приводит к тому, что отдельные участки белков выполняют сразу несколько разнообразных функций. Ученых волнует вопрос, как такие многофункциональные домены могли возникнуть в ходе эволюции. Исследователи из МГУ имени М.В. Ломоносова и их коллеги из России, Франции и Германии изучили эту проблему на примере основного домена Tat белка вируса иммунодефицита человека (ВИЧ).
Первая функция основного домена Tat заключается в регуляции синтеза вирусных РНК. Вторая — это сигнал ядерной локализации, а третья — сигнал ядрышковой локализации. В ядре Tat исполняет свою главную задачу, но смысл третьей функции пока неизвестен. Tat белок способен связываться своим основным доменом с белками импортинами, которые постоянно мигрируют между ядром и цитоплазмой, перенося молекулы. Длина основного домена Tat вдвое больше, чем у других известных сигналов ядерной локализации, — 9 аминокислот. Однако с импортинами связываются лишь 4 аминокислоты.
Ученые попробовали последовательно заменить эти 9 аминокислот на другие. Они выяснили, что аминокислоты из разных частей основного домена влияли на накопление Tat белка в ядре. Это противоречило предыдущим наблюдениям австралийских ученых. Поэтому авторы использовали методы вычислительной биологии. Расчеты показали, что с импортином действительно могут взаимодействовать самые разные участки основного домена.
«Таким образом, кажется, что накопление белка в ядре определяется множественными связываниями основного домена с импортинами. По-видимому, не все из таких положений могут быть одинаково эффективны, но в сумме они позволяют эффективно накапливать белок внутри ядра. Это позволило предположить, что сигнал ядерной локализации возник следующим образом. Для эволюции белка важно было присутствие домена, который будет взаимодействовать с РНК, что привело к появлению домена, обогащенного положительно заряженными аминокислотами. Но этот участок мог связываться разными, пусть и не всегда оптимальными способами с импортинами, и, как следствие, белок автоматически приобретал способность накапливаться в ядре, что для вируса выгодно. То есть эта функция возникла автоматически, она интегрирована в структуру основного домена», — объясняет соавтор исследования Евгений Шеваль.
Аналогичная ситуация могла произойти и с возникновением сигнала ядрышковой локализации. В ходе эволюции мог появиться крайне специализированный белковый домен, отвечающий за синтез вирусной РНК. Но из-за обогащенности положительно заряженными аминокислотами он начал выполнять и еще две другие функции. Первая точно оказалась выгодной. Полезен ли сигнал ядрышковой локализации — пока неясно.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
