Строение генома ВИЧ

Геном ВИЧ может существовать в двух видах: в виде геномной РНК и в  виде  ДНК,   синтезированной   на   геномной   РНК   как   на   матрице и       интегрированной в какую-либо хромосому клетки-хозяина. Эта вторая форма существования генома ВИЧ называется провирусом. Геномная РНК присутствует в составе зрелых вирусных частиц – вирионов ВИЧ. Она локализуется в нуклеоиде. Один вирион содержит две молекулы такой РНК, каждая из которых является односпиральной. Кроме зрелого вириона геномная РНК ВИЧ присутствует в инфицированной клетке-хозяине в   ранние сроки   после   инфекции, до того как произойдет обратная транскрипция с этой РНК ее ДНК-копии, а также в терминальной стадии        инфекционного процесса в клетке, то есть в стадии интенсивной репликации вируса, когда геномная РНК накапливается в больших количествах для того, чтобы  войти  в  состав  новообразованных  вирионов.  Геномная РНК имеет размер 9.2 килобазы. В жизненном цикле вируса эта РНК функционирует только один  раз, когда она  служит матрицей  для  фермента обратной транскрипции при биосинтезе комплементарной ДНК. В дальнейшем геномная РНК фигурирует уже как готовый продукт. Весь объем биохимической работы по обеспечению всех процессов, необходимых для полной репликации вируса, выполняется с участием ДНК провируса.
ДНК провируса имеет размер несколько больший, чем геномная РНК, а именно 9.7 килобаз. Она содержит 9749 пар нуклеотидов. Это увеличение длины нити ДНК провируса по сравнению с длиной нити РНК происходит за счет наращивания по торцам по 453 нуклеотида. Таким образом, длинные концевые повторы – Long Terminal Repeats, LTR – находящиеся по концам генома провируса ВИЧ, содержат около 200 нуклеотидов, происходящих с матрицы геномной РНК, и 453 дополнительных нуклеотида, пристраиваемых в процессе обратной транскрипции и интеграции провируса в геном клетки.
Геном ВИЧ имеет следующую структуру. Он содержит три больших гена структурных белков вируса, расположенных в последовательности: gag, pol и env, считая с 5′- конца нити нуклеиновой кислоты. Кроме этого, он содержит семь известных на сегодня малых генов, кодирующих так называемые регуляторные белки. По концам генома ВИЧ существуют частично нетранскрибируемые последовательности нуктеотидов, которые называются длинными концевыми повторами, как выше сказано – LTR. В LTR имеются последовательности нуклеотидов, являющиеся акцепторами для факторов, влияющих на процессы транскрипции. Кроме того, в LTR расположены промотеры и энхансеры, то есть последовательности нуклеотидов, необходимые для запуска и усиления транкрипции (promoter – разрешатель; enhancer – усилитель). То есть LTR выполняет регуляторные функции. Принято говорить, что репликация вируса находится под контролем LTR. В LTR расположена точка или сайт (от английского «site» – местоположение), с которого начинается транскрипция информационной РНК с ДНК провируса. Эта точка инициации транскрипции, то есть соответствующий нуклеотид имеет номер 1. Все нуклеотиды слева от этой точки, то есть в направлении к 5′-му концу нити нуклеиновой кислоты, имеют номера в последовательности «справа налево» и знак Нуклеотиды, расположенные справа от точки инициации транскрипции, в направлении к 3′ – концу нити имеют последовательные номера «слева направо» и со знаком «+».
Первичная структура геномов ряда изолятов ВИЧ была установлена параллельно в ряде лабораторий США и Европы, в первую очередь, в лаборатории R.C.Gallo, а также W.A.Haseltine, L.Monagnier и других. В этой связи нумерация нуклеотидов первичной последовательности несколько отличается в разных публикациях. Поскольку знание точной первичной структуры генома вируса необходимо при проведении диагностики методами цепной полимеразной реакции, гибридизации нуклеиновых кислот с мечеными пробами (зондами), а также при планировании всевозможных экспериментов по изучению функции генов и их продуктов в жизненном цикле вируса методами направленного мутагенеза, делеций и т.п., то во избежание разногласий между работами из разных лабораторий большинство авторов стараются придерживаться общей номенклатуры и нумерации первичной структуры  генома ВИЧ,  предложенной  в  работе Ratner L.  et al. [1985].
Отметим, что размеры одноименных участков генома ВИЧ, приводимые в разных работах, также немного не совпадают. Например, размер LTR у провируса у Rabson А.В. [1989] назван как 630 пар нуклеотидов, а у Starcich В. et al. [1985] как 654 пары нуклеотидов. Подобные небольшие различия объясняются как индивидуальными условиями экспериментов и подходом к интерпретации полученных результатов, так и (в большей степени) сильно-выраженной генетической изменчивостью ВИЧ.
В геномной РНК ВИЧ LTR короче, чем у провируса. LTR с 5 -конца и LTR с 3′-конца в геномной РНК частично отличаются по последовательности нуклеотидов. 5′-LTR состоит из участка ″R″ и участка ″U5″. 3 -LTR состоит из участка ″U3″ и такого же участка ″R″. В процессе биосинтеза ДНК провируса левая и правая LTR набирают одинаковые последовательности нуклеотидов (с точностью до точечных мутаций) и каждая из них приобретает состав ″U3 – R – U5″.
Rabson А.В. говорит о том, что в процессе репликации ВИЧ функционирует главным образом LTR с 3′-конца провируса. По Greene W.C. [1989] активация транскрипции с провируса ВИЧ обеспечивается LTR с 5′-конца генома. В опытах по трансфекции генов ВИЧ в модельные системы экспрессии достаточно одной копии LTR. В естественных условиях LTR у провируса продублирована.