Na strani EurekAlert, nekakšnem zbirniku informacij iz sveta znanosti, sem zasledil novico, da je v reviji PLoS Biology izšel članek skupine s Princetona, v katerem opisujejo način uravnavanja aktivacije in uspavanja virusa HIV. Razumevanje regulacijskih zank, ki so precej zapletene, bi lahko pomagalo k razvoju zdravil, ki bi virus na nek način 'izključila'.
Članek ima naslov "An HIV feedback resistor: Auto-regulatory circuit deactivator and noise buffer" (Rezistorska povratna zanka HIV: avtoregulacijski deaktivator vezja in pufer za šum)- če ne bi bilo kratice HIV, bi verjetno pomislili, da se je članek pomotoma znašel v reviji s področja biologije. Ključni izrazi so morda res s področja elektronike, vendar z novim razumevanjem signalnih poti v celici postopno spoznavamo, da so zakonitosti uravnavanja živega sistema pogosto zelo podobni kot v elektronskih vezjih. Zato biologijo na nek način razumejo tudi inženirji in ni tako redko, da jih srečamo v skupinah, ki se ukvarjajo s sintezno biologijo.
Za kaj torej gre? Mnogi virusi uravnavajo izražanje lastnih genov s pozitivno povratno zanko na ravni sinteze RNA (transaktivacijo). Ko pride do blokiranja povratne zanke, virus preide v latentno fazo, v kateri se v celici ne razmnožuje, vendar v tem stadiju običajno ostane le kratek čas - to je posledica biokemijske nestabilnosti signala za 'izklop'. Na primeru virusa HIV so raziskali, kako pride do aktivacije in kako do zaustavitve pozitivne povratne zanke ter z modelom pokazali, da mora obstajati rezistorska povratna zanka, ki je sposobna virus zadržati v latentnem stanju (tu uporabljam izraz rezistor, čeprav je v elektroniki običajen izraz 'upor'). Pri tem ima ključno vlogo protein Tat (transaktivator transkripcije), ki je zapisan v virusnem genomu.
Mehanizem je zelo zapleten in ga tu navajam nekoliko skrajšano. V okuženi celici pride do dvostopenjske transaktivacije: najprej se protein Tat veže na promotor, nanj pa se nato veže transkripcijski elongacijski faktor b. V naslednji fazi histon-acetiltransferaza gostiteljske celice acetilira Tat, ki v tej obliki veže kromatin-preoblikovalni kompeks, ta pa omogoči vezavo RNA-polimeraze II na DNA točno določenega nukleosoma. Posledica te dvostopenjske aktivacije je najprej pospešena sinteza Tat, ki doseže do 100x večjo koncentracijo v celici, s tem pa povzroči, da se na osnovi virusne RNA ne sintetizira več Tat, pač pa spojitvena varianta Rev, ki se multimerizira in povzroči sintezo in izločanje celotne virusne RNA iz jedra. Če naj bi virus ostal v latentni obliki, bi morali inaktivirati Tat. Samo s pozitivno povratno zanko pa to ni mogoče.
Zato sta avtorja članka pripravila model, ki sta ga eksperimentalno potrdila in ki kaže, da povratna zanka ne deluje po principu represorjev (kot je to pri bakteriofagu lambda), pač pa po principu rezistorjev (uporov). Za zagotavljanje latentnosti zadoščajo kemične modifikacije povratne zanke preko proteina Tat, tak način regulacije pa je tudi bolj odporen proti 'šumu', naključnim neizrazitim nihanjem v sistemu. Rezistorski element verjetno predstavlja encim SirT1, ki deluje nasprotno od histon-acetiltransferaze p300 in je torej histon-deacetilaza.
Za razvoj teorije rezistorskega uravnavanja latentnega stanja virusov je bilo torej potrebno natančno poznavanje biokemije in genetike, za razvoj modela znanje matematike in bioinformatskih orodij, zasledovati pa so morali tudi kinetiko izražanja genov v realnem času, da so model dokazali s poskusi.
Nove biologije zahtevajo široko razgledanost avtorjev in/ali večje raziskovalne skupine. Članki z dvema avtorjema, kakršen je ta, so prava redkost - tokrat morda zato, ker so opravili le par ključnih poskusov v laboratoriju in gre predvsem za predstavitev modela uravnavanja. Thomas Shenk je vodja Oddelka za mikrobiologijo Pricentonske univerze, koavtor pa je njegov podoktorski sodelavec Leor Weinberger, ki se ukvarja predvsem z bioinformatiko.
Ni komentarjev:
Objavite komentar