Ген tat – transactivator of transcription

Ген tat локализован в ДНК провируса в виде двух отдельных последовательностей нуклеотидов кодирующих экзонов: одна из них примыкает к 3′-концу гена env, вторая расположена в пределах самого гена env. Таким образом, информационная РНК для гена tat претерпевает сплайсинг по позициям Д4 (донор сплайсинга N4) и А6 (акцептор сплайсинга N6). Размер иРНК для tat 1.8 килобаз. С этой иРНК транслируется белок, состоящий из 86 аминокислот и имеющий молекулярный вес 14 kD. Это продукт гена tat – протеин Tat. Для проявления активирующей функции, по крайней мере, в модельных системах типа описанной выше САТ-системы, достаточно белка, кодируемого только первым экзоном гена tat. Однако в естественном «диком» вирусе существует и второй кодирующий экзон, который добавляет последние 14 аминокислот к белку-продукту. В клетке белок Tat локализован в ядре. Вероятно, он существует в форме гомодимера, то есть объединения 2-х одинаковых молекул Tat. В молекуле Tat выделяют три субструктурных домена. N-концевой домен обогащен цистеином. В нем, вероятно, существует вторичная структура, называемая «цинковым пальцем», которая способна связывать ионы тяжелых металлов. Именно этот домен участвует в образовании гомодимерного комплекса Tat. В С-концевом домене молекулы Tat существуют сегменты аминокислот, несущих положительный электрозаряд.
Именно они детерминируют внутриклеточную локализацию Tat в ядре и в ядрышке [Hauber, 1987; Ruben J. et al., 1989]. О биохимических функциях обогащенного пролином N-концевого домена пока ничего неизвестно.
В отсутствии белка Tat транскрипция вирусного генома прерывается на РНК-транскрипте, состоящем всего из 60-ти нуклеотидов. То есть Tat необходим для биосинтеза полноразмерного транскрипта вирусной РНК. О молекулярных механизмах работы Tat до 1990г. во всех работах высказывались только предположительно: возможно он антитерминатор транскрипции, возможно, элонгатор, может быть действует на пост-транскрипционном уровне, стабилизируя уже наработанную иРНК, может быть усиливает трансляцию белка с этой РНК [Starcich et al., 1985; Arya et al., 1985; Hauber et al., 1987; Jacobovits et al., 1988; Kao et al., 1987]. Было известно, что у Tat есть молекулярный «напарник» – в вирусной иРНК идентифицированы 62 нуклеотида (N в последовательности с +1 по +60), получившие названия «элементы, реагирующие на Tat», в английской аббревиатуре TAR (Tat -responsive element). Из опытов по картированию этого участка с помощью рибонуклеазных фрагментов и опытов по компенсаторному мутагенезу следует, что активно действующий сегмент в TAR – это нуклеотиды с +19 по +42. Он имеет вторичную структуру в виде палочковидной петли.
Наконец K.-T.Jeang из лаборатории молекулярной биологии NIAID (Институт аллергии и инфекционных болезней, США) показал, что Tat все-таки действует именно на процесс транскрипции прямым усиливающим эффектом. При этом «кнопкой на пульте» в длинном концевом повторе в ДНК провируса является энхансер, известный как NF-kB-каппа В-энхансер для ядерного фактора каппа В. Уникальным по мнению Jeang этапом в механизме работы Tat является то, что белок Tat сначала связывается в некий комплекс с последовательностью нуклеотидов TAR в начале молекулы иРНК и затем уже этот комплекс «в две руки нажимает» на энхансер NF-kB, который является уже не уникальным, а классическим непосредственным исполнителем приказа об усилении транскрипции [Baum R.M., Dagani R., 1990].
Tat способен действовать не только на вирусные гены, но и активировать молчащие гены клетки-хозяина. Это теоретически нехитрое предположение в отношении транс-активатора экспериментально доказали сотрудники лаборатории R.C. Gallo [Gallo R.C., 1990]. В процессе работы по изучению молекулярных процессов патогенеза саркомы Капоши они научились культивировать in vitro .веретенообразные саркомные клетки. В опытах in vitro экзогенный протеин Tat является сильным фактором роста для веретенообразных клеток «Капоши». Tat-белок, по-видимому, не только поддерживает рост саркомных клеток, но является причиной превращения нормальных клеток эндотелия сосудов и фибробластов кожи в ВИЧ-ассоциированную саркому Капоши.
Vogel J. et al. в работе 1988г. получили мышей, трансгенных по гену tat ВИЧ. В ооциты мышей линии CD1 трансфецировали ген tat и длинный концевой повтор из генома ВИЧ и исследовали у родившихся детенышей тканевую специфичность экспрессии вирусного генетического материала и биологические последствия. По неизвестным причинам ген tat экспрессировался в тканях кожи равно как у самок, так и у самцов. Но определенно, в коже 33 из 37 исследованных мышат-самцов развивались патогистологические изменения, сильно подобные картине саркомы Капоши у больных СПИД людей. Ни у одной из 15 трансгенных самок саркомных изменений в коже не было.