Активность комплекса SMC5/6 обеспечивает латентность ВИЧ-1

ВИЧ может долгое время сохраняться в латентном состоянии в Т-клетках, которые остаются не затронутыми ни противовирусными препаратами, ни иммунитетом. «Эти клетки, которые живут очень долго, могут спонтанно выйти из латентного состояния и начать воспроизводить ВИЧ даже спустя годы после заражения, что требует пожизненного приема антиретровирусных препаратов», — поясняет Браян Каллен из Медицинского центра Университета Дюка (США). ВИЧ проникает в организм и заражает CD4+ Т-клетки иммунной системы, где происходит обратная транскрипция его РНК-генома с образованием ДНК. Эта ДНК интегрируется в хромосому клетки-хозяина, где затем служит матрицей для создания вирусных РНК и белков. Если воспрепятствовать интеграции такого ДНК-провируса в ДНК клетки-хозяина, то он не сможет воспроизводиться и станет инертным.

Неинтегрированные провирусы ВИЧ-1 накапливают репрессивные эпигенетические метки (например, триметилирование лизина 9 гистона H3) и лишены активирующих меток (ацетилирование H3). Такое «молчание» неинтегрированной ДНК ВИЧ-1, вероятно, представляет собой защиту организма-хозяина, однако основные механизмы и клеточные факторы, которые опосредуют этот эффект, остаются не до конца изученными. Недавний скрининг 1217 генов человека, экспрессия которых подавляется белком Vpr ВИЧ-1, показал, что важными для «молчания» неинтегрированного провируса являются компоненты 5 и 6 комплекса поддержания структуры хромосом (SMC5/6) и фактор 2 локализации этого комплекса (SLF2).

В работе, опубликованной в журнале Nature Microbiology, группа исследователей из Медицинского центра Университета Дюка представила новые сведения о клеточных участниках процесса, который помогает ВИЧ оставаться в латентном состоянии. Авторы провели полногеномный нокаутный скрининг с использованием CRISPR/Cas9 в CD4+ Т-клеточной линии человека CEM-SS для того, чтобы выяснить, какие факторы подавляют транскрипцию неинтегрированной ДНК ВИЧ-1. Они использовали в своих исследованиях производные ВИЧ-1, содержащие открытую рамку считывания зеленого флуоресцентного белка (GFP) или нанолюциферазы (NLuc) вместо гена nef, а также делецию в гене env и инактивирующую мутацию в гене интегразы. При этом вирус сохранял интактными остальные шесть генов ВИЧ-1, включая vpr. С помощью сортировки клеток с активированной флуоресценцией (fluorescence activated cell sorting, FACS) и количественной ПЦР в Alu-повторах (Alu-qPCR) они подтвердили роль комплекса SMC5/6 в эпигенетическом сайленсинге ВИЧ-1.

Комплекс SMC5/6 участвует в репарации и рекомбинации ДНК, сумоилируя несколько белковых субстратов, в том числе сам себя, посредством лигазы NSMCE2. Активность сумоилирования стимулируется взаимодействием с ДНК. В новой работе показано, что SMC5/6 взаимодействует с неинтегрированной ДНК ВИЧ-1. Ученые сначала ингибировали сумоилирование, выключив работу компонента NSMCE2 в клетках CEM-SS. Далее с помощью количественной ПЦР с иммунопреципитацией хроматина (ChIP-qPCR) показали, что блокирование NSMCE2 предотвращает эпигенетическое замалчивание, как способствуя транскрипции неинтегрированной ДНК ВИЧ-1, так и восстанавливая репликацию интегразо-дефицитной ДНК. Аналогичный эффект был продемонстрирован с использованием TAK-981, противоракового препарата, который является специфическим ингибитором SUMO-активирующего фермента, катализирующего первую стадию сумоилирования белка.

Ученые проверили гипотезу о том, что задержка интеграции может способствовать развитию латентной инфекции. Они заразили клетки CEM-SS содержащей интегразу формой индикаторного вируса в присутствии или в отсутствие ингибитора интегразы ралтегравира. Увеличение времени между синтезом и интеграцией провирусной ДНК значимо увеличивало количество латентных интегрированных провирусов.

На последнем этапе работы на CD4+ Т-клеточных линиях и первичных Т-клетках человека ученые продемонстрировали подавление развития латентной ВИЧ-1-инфекции путем блокирования экспрессии комплекса SMC5/6 или его сумоилирования.

Представленные в работе данные подчеркивают роль комплекса SMC5/6 как важного участника в установлении латентного течения ВИЧ-1-инфекции, так как он опосредует эпигенетическое молчание неинтегрированных провирусов и подавление их интеграции. Ученые предполагают, что причиной латентного периода являются не свойства самого ретровируса, а скорее нежелательный побочный эффект клеточного иммунитета, который, вероятно, эволюционировал таким образом, чтобы вызывать молчание инвазивной чужеродной ДНК. Понимание механизма, который приводит к латентности ВИЧ-1, может дать представление и о том, как латентные провирусы ВИЧ-1 могут быть реактивированы и уничтожены.

Описана роль провирусов ВИЧ-1 в развитии Т-клеточной лимфомы