|
Thay cho việc giải quyết các vấn đề rắc rối khi phải tự sao chép hệ gen của chính mình, HIV-1 chèn một bản sao DNA của hệ gen của nó vào hệ gen của vật chủ để virus có thể được nhân lên nhờ vào quá trình phân chia của tế bào chủ (Hình 1). Hệ gen của virus có bản chất là RNA do đó đầu tiên phải tạo ra một bản sao DNA từ khuôn RNA. DNA virus mới được tổng hợp sẽ tạo nên một phức hệ có khối lượng phân tử lớn trong tế bào chất của tế bào bị nhiễm, đó là phức hệ tiền gắn kết (pre-integration complex - PIC). Phức hệ này chứa enzym integrase của virus có chức năng cắt nối DNA virus vào DNA của tế bào. Để tiếp cận được DNA tế bào, PIC phải đi qua màng nhân, là bộ phận phân chia tế bào chất và dịch nhân. Trên trang 641 của số này, Jacque và Stevenson chỉ ra rằng các PIC của HIV-1 nhắm tới một protein màng nhân đặc hiệu được gọi là emerin, và cho biết quá trình này cần để DNA virus tiếp cận với DNA vật chủ trước khi gắn kết.
Hình 1: Sự gắn kết của HIV-1 vào hệ gen vật chủ.
Do HIV-1 là một virus RNA, nên để gắn kết vào hệ gen của tế bào vật chủ đầu tiên hệ gen của nó phải được chuyển thành DNA bằng quá trình phiên mã ngược. Sau đó DNA virus tạo nên PIC cùng với một vài protein, bao gồm cả enzym integrase có nhiệm vụ cắt nối DNA virus vào DNA vật chủ. Jacque và Stevenson chỉ ra rằng khi PIC tiến vào nhân (bằng một cơ chế chưa biết), nó nhắm tới một protein màng nhân đặc hiệu được gọi là emerin. Emerin là một trong các protein thành phần tạo nên phiến màng nhân có chức năng tạo giá đỡ cấu trúc cho nhân. DNA của vật chủ có thế kết hợp với phiến thông qua protein BAF, protein này liên kết với các protein LEM-domain như là emerin. Jacque và Stevenson cho biết cả emerin và BAF đều cần cho sự gắn kết của DNA virus vào DNA vật chủ.
Không giống như rất nhiều virus khác, HIV-1 và các lentivirus khác có thể xâm nhiễm vào các tế bào không phân chia, vì thế DNA virus phải đi qua được màng nhân nguyên vẹn để tiếp cận với các sợi nhiễm sắc (DNA và các protein hỗ trợ đóng gói nó vào nhiễm sắc thể). Điều này đưa ra một thử thách rất lớn, bởi vì PIC có kích thước rất lớn xét trên quy mô phân tử - lớn hơn nhiều đường kính của các lỗ màng nhân. Vì vậy, quá trình đi vào nhân đầu tiên phải được hỗ trợ bằng việc loại bỏ bớt một số thành phần của PIC. Nhiều thành phần của PIC chứa các trình tự tín hiệu cho phép chúng đi vào nhân, nhưng vai trò của những protein này và cơ chế PIC đi vào nhân vẫn là vấn đề gây tranh cãi. Rất nhiều protein nội bào được biết là có kết hợp với các PIC [2], nhưng trong đa số trường hợp vai trò của sự kết hợp đó vẫn chưa rõ ràng.
Màng nhân được cấu tạo bởi màng nhân ngoài và trong, phức hệ lỗ, và phiến màng nhân cùng với các protein hỗ trợ [3]. Phiến màng nhân nằm ngay dưới màng nhân trong là một mạng lưới các protein phiến, đây là một phần của chất nền nhân, tạo ra giá đỡ cấu trúc cho nhân. Các protein kết hợp với phiến màng nhân gồm có thụ thể lamin B (LBR), các polypeptide kết hợp với lamin 1 và 2 (LAP1 và LAP2), emerin và MAN1. LAP2, emerin và MAN1 có chung một domain cấu trúc bảo thủ (được gọi là domain LEM), domain này liên kết với một protein có tên là nhân tố BAF ('barrier-to-auto-integration' - ngăn chặn sự tự gắn kết). BAF lần đầu tiên được phát hiện ở dạng một nhân tố có vai trò ngăn chặn sự gắn kết tự hoại của MLV DNA vào bộ gene của chính nó trong ống nghiệm [4]. Nhân tố này là một protein bám DNA không đặc hiệu có thể bắc ngang qua các sợi của chuỗi xoắn kép và có thể nối chất nhiễm sắc với các protein domain LEM tại màng nhân [5]. BAF cần cho quá trình tiến triển của chu trình phân chia tế bào [6], và thiếu BAF sẽ làm chết các tế bào đang phân chia [7].
Jacque và Stevenson [1] nghiên cứu khả năng xâm nhiễm của HIV-1 vào các tế bào mà ở đó từng loại protein kết hợp với màng nhân đã được loại bỏ một cách chọn lọc bằng một phương pháp gọi là RNAi (RNA interference). Kỹ thuật này tác động chọn lọc đến các mRNA và làm cho chúng bị phân huỷ, nhờ đó ngăn cản việc tạo thành các protein được mã hoá bởi các mRNA đó. Các tác giả đã nghiên cứu các protein màng nhân chủ yếu ở các đại thực bào, một trong những loại tế bào miễn dịch bị xâm nhiễm bởi HIV. Những tế bào này không phân chia, do đó chiến thuật này đã loại bỏ tác động gây chết khi tế bào mất BAF, và bỏ qua những vai trò tác động có thể có trong phân chia tế bào của các protein màng nhân khác được thử nghiệm.
Việc loại bỏ hoặc emerin hoặc BAF đều làm tổn hại nghiêm trọng sự nhân lên của HIV-1 trong các đại thực bào bị nhiễm. Đặc biệt là, sự biểu hiện của các protein này bằng việc sử dụng các mRNA kháng RNAi đã khôi phục lại quá trình nhân lên của virus, nhờ đó củng cố cho kết luận rằng việc không nhân bản được của HIV-1 là hậu quả trực tiếp do loại bỏ từng protein. Việc các tế bào mất emerin hoàn toàn nhạy cảm với sự xâm nhiễm bởi một retrovirus khác (MLV) cho thấy rằng sự mất khả năng nhân bản không phải do các rối loạn lớn về sinh lý tế bào bình thường mà là một hiện tượng đặc hiệu cho HIV-1. Sự nhân lên của MLV cần BAF và LAP2a, nhưng không cần emerin [1, 8]. Vì thế có lẽ là, tuy rằng cả hai retrovirus đều cần BAF, nhưng mỗi virus cần các protein domain LEM khác nhau.
Điều gì khiến virus không tái bản được trong tế bào mất emerin hoặc BAF? Trong những tế bào này, DNA virus được tổng hợp với mức độ bình thường nhưng không thể gắn kết vào hệ gen của tế bào. Thí nghiệm phân đoạn sinh hóa ở mức dưới tế bào chỉ ra rằng sự loại bỏ emerin hay BAF không ngăn cản DNA virus đi vào nhân, nhưng DNA virus sẽ kết hợp với các phân đoạn nhân khác vớithông thường. Trong các đại thực bào đối chứng, hầu hết DNA virus kết hợp với các phân đoạn chất nhiễm sắc tan, trong khi đó ở các tế bào đã loại bỏ BAF hay emerin DNA virus chủ yếu nằm trong các phân đoạn chất nền nhân không tan. Việc loại bỏ hoặc emerin hoặc BAF đều gây nên các sai hỏng xâm nhiễm giống nhau chỉ ra rằng các protein này có một vai trò phối hợp với nhau trong sự xâm nhiễm của HIV-1, phù hợp với các tương tác đã biết giữa BAF và domain LEM của emerin.
Cơ chế mà emerin và BAF dùng để hỗ trợ cho sự xác định vị trí chính xác của các HIV-1 PIC trong nhân vẫn chưa rõ. Sự kết hợp của emerin với PIC phụ thuộc vào BAF, thành phần này có thể tương tác với DNA virus. Nhưng sau đó emerin ảnh hưởng thế nào đến sự kết hợp của HIV-1 PIC với chất nhiễm sắc của vật chủ? Có thể các nghiên cứu để trả lời câu hỏi này sẽ đồng thời làm sáng tỏ những đặc điểm khác của kiến trúc nhân. Mặc dù tổ chức của chất nhiễm sắc đã được nghiên cứu kỹ ở mức độ nucleosome (đơn vị đóng gói DNA nhỏ nhất), nhưng tổ chức tổng thể của chất nhiễm sắc trong nhân vẫn chưa được hiểu rõ. Tuy nhiên, rõ ràng là nhân vừa có mức độ tổ chức không gian cao lại vừa có tính động, và các chất nhiễm sắc kết hợp chặt chẽ với màng nhân. Có lẽ không có gì đáng ngạc nhiên nếu việc tiếp cận chất nhiễm sắc không chỉ đơn giản là xuyên qua màng nhân.
Tài liệu tham khảo
1. Jacque, J. -M. & Stevenson, M. Nature 441, 641–645 (2006).
2. Turlure, F. , Devroe, E. , Silver, P. A. & Engelman, A. Front. Biosci. 9, 3187–3208 (2004).
3. Gruenbaum, Y. , Margalit, A. , Goldman, R. D. , Shumaker, D. K. & Wilson, K. L. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 6, 21–31 (2005).
4. Lee, M. S. & Craigie, R. Proc. Natl Acad. Sci. USA 95, 1528–1533 (1998).
5. Segura-Totten, M. & Wilson, K. L. Trends Cell Biol. 14, 261–266 (2004).
6. Furukawa, K. et al. J. Cell Sci. 116, 3811–3823 (2003).
7. Margali, A. , Segura-Totten, M. , Gruenbaum, Y. & Wilson, K. L. Proc. Natl Acad. Sci. USA 102, 3290–3295 (2005).
8. Suzuki, Y. , Yang, H. & Craigie, R. EMBO J. 23, 4670–4678 (2004).
Được chỉnh sửa bởi Phan Minh Duy.
Xem thảo luận tại đây.
Nguyễn Văn Nhương (Theo Nature 441, 581-582 (1 June 2006) | doi:10.1038/441581a) |
Stomach bug makes food yield more calories (04/06/2006)
