30.19. Ретровирусы содержат обратную транскриптазу, которая синтезирует двухспиральную ДНК, используя в качестве матрицы ( + )РНК

Еще один класс опухолеродных вирусов -ретровирусы - содержит -геном в икосаэдрическом «футляре». Это сферическое нуклеопротеиновое «ядро» окружено оболочкой, состоящей из кодируемых вирусом молекул гликопротеина в двуслойной липидной оболочке, происходящей из плазматической мембраны клетки-хозяина. Обычно диаметр ретровирусов составляет 1000 А (см. рис. 30.31).

В 1964 г. Говард Темин (Howard Temin) наблюдал, что заражение такими РНК-содержащими опухолеродными вирусами, как вирус саркомы птиц, блокируется ингибиторами синтеза ДНК. Ингибиторы, например аметоптерин, -фтордезоксиуридин и цитозинарабинозид, эффективны в течение первых двадцати часов после введения вирусов. В результате этого открытия было высказано предположение, что для роста РНК-содержащих опухолеродных вирусов необходим синтез ДНК. К тому же образование частиц вирусного потомства подавляется актиномицином Известно, что этот антибиотик ингибирует синтез РНК по ДНК-матрице (разд. 25.18). Так зародилось предположение о том. что для размножения РНК-содержащих опухолеродных вирусов

Рис. 30.34. Генетическая карта ДНК вируса SV-40, содержащая 5243 пары оснований. Ранняя область (транскрибируется в направлении против часовой стрелки) показана желтым цветом, поздняя область (транскрибируется по часовой стрелке) - синим, место начала репликации красным.

Рис. 30.35. Электронная микрофотография формирующихся частиц опухолеродного вируса SV-40, ассоциированных с клеточной хромосомой. (Печатается с любезного разрешения д-ра Jack Griffith.)

Рис. 30.36. Синтез ДНК по РНК-матрице обратной транскриптазой. Затравка не показана.

необходима транскрипция ДНК. Эти неожиданные данные привели Темина к мысли, что ДНК-содержащий провирус служит промежуточным продуктом в репликации и в онкогенном действии этих вирусов:

Выдвинутая Темином гипотеза, что генетическая информация может переходить от РНК к ДНК, была вначале холодно встречена большинством исследователей. Она требовала существования неизвестного тогда еще фермента, способного синтезировать ДНК по РНК-матрице (РНК-зависимой ДНК-полимеразы). В 1970 г. Темин и Балтимор (Temin, Baltimore) независимо открыли такой фермент, который называется обратной транскриптазой, в вирионах некоторых РНК-зависимых опухолеродных вирусов. Все вирусы этой группы, исследованные в дальнейшем, содержали обратную транскриптазу, поэтому их и называют ретровирусами (от англ. reverse transcriptase - обратная транскриптаза).

Жизненный цикл обычного ретровируса начинается со связывания вирионов со специфическими рецепторами на поверхности клетки-хозяина и проникновения в клетку. В цитозоле вирусная (+)РНК скидывает оболочку. Затем обратная транскриптаза, содержавшаяся в вирусной частице, синтезирует (-)цепь ДНК. Тот же фермент расщепляет цепь геномной РНК в составе гибрида РНК-ДНК. Теперь обратная транскриптаза синтезирует ( + )цепь ДНК, используя в качестве матрицы (-)цепь. Таким образом, обратная транскриптаза осуществляет три последовательные реакции: РНК-зависимый синтез ДНК, гидролиз РНК и ДНК-зависимый синтез ДНК (рис. 30.36).

Подобно другим ДНК-полимеразам, обратная транскриптаза синтезирует ДНК в направлении и неспособна к инициации цепей de novo. Откуда же берется затравка для синтеза вирусной ДНК? Процесс инициации весьма экономичен: (+) РНК вирусного генома содержит нековалентно связанную транспортную РНК (в вирусе саркомы птиц это - триптофановая тРНК), которая была захвачена в клетке-хозяине во время предыдущего цикла заражения. 3 -ОН-группа этой тРНК, основания которой спарены с геномной РНК, действует в качестве затравки синтеза ДНК. Как происходит репликация полной цепи (+)РНК?

Напомним, что при репликации любой линейной ДНК возникает особая проблема заполнения -концов (разд. 30.6). Ретровирусы нашли очень остроумный выход из этого положения. Их геномы состоят не из одной, а из двух молекул ( + )РНК (рис. 30.37). Эти молекулы связаны друг с другом водородными связями вблизи -концов. К тому же (+)РНК содержит одну и ту же последовательность у 5- и -конца. Эта концевая избыточность, по-видимому, необходима для процесса репликации, как и в случае фага Т4 (разд. 30.6).