ВИЧ-1 захватывает комплексы моторного белка динеина для передвижения внутри клетки

Вирус иммунодефицита человека 1 (ВИЧ‑1) после проникновения в клетку должен преодолеть цитоплазму и добраться до ядра и интегрироваться в геном хозяина. За транспорт грузов к центру клетки отвечает динеин — моторный белок, перемещающийся по поверхности микротрубочек. Уже известно, что ВИЧ-1 использует эту систему внутриклеточного транспорта для попадания в ядро, однако точный механизм оставался неясным — предполагалось, что вирус связывается с динеином при помощи специальных адаптерных белков. Ученые из США и Австралии проанализировали молекулярный механизм передвижения вирусной частицы по микротрубочкам и пришли к выводу, что эта гипотеза была неверна.

С помощью флуоресцентная микроскопии авторы проследили динамику связывания капсида ВИЧ-1, меченного флуоресцентным белком GFP, с иммобилизованными микротрубочками in vitro. К ним на стеклянную подложку добавляли динеин, динактин — кофактор динеина, — и полноразмерный BicD2^FL (белок-адаптер, рекрутирующий внутриклеточные грузы на динеин; FL — full-length). В отсутствие груза последний изменяет конформацию так, что не может связываться с динеином. Наличие комплекса динеин-динактин-BicD2^FL усиливало связывание капсида с микротрубочками, при этом вирусные частицы были неподвижны. В отличие от динактина и BicD2^FL, исключение динеина из системы подавляло связывание ВИЧ-1 с микротрубочками. Это показывает, что динеин необходим вирусным частицам для связывания с микротрубочками, однако вопреки ранним представлениям, адаптер BicD2^FL не обеспечивает подвижность ВИЧ-1.

Полученные результаты натолкнули авторов на гипотезу, что капсид ВИЧ-1 связывается не с адаптерами, а с динеином напрямую. Это объясняет неподвижность комплексов динеин-динактин-BicD2^FL-ВИЧ-1, т. к. вирус не связывается с BicD2^FL, а динеин при этом остается инактивирован. Тогда ученые проанализировали, как подвижность ВИЧ-1 на микротрубочках зависит от адаптерных белков. Все комплексы ВИЧ-1 с адаптерами, не имеющими аутоингибирующего карго-связывающего домена (конститутивно активные адаптеры), в том числе укороченный вариант BicD2, демонстрировали подвижность на микротрубочках. На уровень связывания капсида с микротрубочками адаптеры также не влияли, что подкрепляет гипотезу о непосредственном взаимодействии ВИЧ-1 с динеином. Исследователи пришли к умозаключению, что роль адаптерных белков в подвижности ВИЧ-1 заключается в активации динеина, а не в связывании вирусной частицы.

Предположение проверили на пустой оболочке, собранной из белков капсида, — активность ее связывания и перемещения не изменялась по сравнению с полноценными вирусными частицами. Интересно, что блокирование трех специфических сайтов связывания на поверхности капсида (центральная пора, фенилаланин-глицин-связывающий карман и циклофилин А-связывающая петля) не нарушало взаимодействия с динеином. Это значит, что связывание вируса с динеином в клетке хозяина происходит при участии какого-то другого элемента капсида.

Динеин содержит тяжелую цепь с АТФ–зависимым моторным доменом, промежуточную, легкую промежуточную и три легких цепи, которые вместе формируют хвост белка. Поочередно удаляя из структуры отдельные цепи и домены, ученые выяснили, что капсид связывается не с тяжелой цепью, а с хвостовой частью динеина. Более детальный анализ взаимодействия капсидов с цепями динеина показал, что с вирусными частицами связываются промежуточные цепи и две легких — LC8 и TcTex1.

В ходе экспериментов ученые заметили, что комплексы динеин-динактин-адаптер без груза передвигаются по микротрубочкам значительно быстрее, чем те же комплексы, связанные с ВИЧ-1. Эксперименты с флуоресцентными метками показали, что флуоресценция динеина, ассоциированного с ВИЧ-1, была в 7,2 раза ярче, чем у свободных динеиновых комплексов. Это значит, что ВИЧ-1 рекрутирует сразу несколько динеиновых моторов для передвижения внутри клетки. Авторы работы предполагают, что такие динеины замедляются из-за нескоординированного шагания. Они показали, что замедление наблюдается именно для жестких грузов, в которых пространственная координация связанных динеинов нарушена. В случае же мембранных грузов замедления не происходит.

Таким образом, авторы исследования установили молекулярный механизм переноса ВИЧ-1 в ядро клетки-хозяина — они показали, что вирусный капсид напрямую связывается с динеиновыми «клеточными моторами», и белковые адаптеры могут потребоваться ему только для активации динеина.

Капсид ВИЧ мимикрирует под белки-переносчики, чтобы проникнуть в ядро