Հակադարձ տրանսկրիպտազ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Հակադարձ տրանսկրիպտազ
ՄԻԱՎ-ի հակադարձ տրանսկրիպտազի բյուրեղագրական կառուցվածքը։ Գույնով նշված են p51 և p66 ենթամիավորները, և ընդգծված են պոլիմերազային և նուկլեազային ակտիվ կենտրոնները։
Տեսակgroup or class of enzymes?
ԵնթադասԴՆԹ-պոլիմերազ և տրանսֆերազ[1]
Բնորոշիչներ
ՖՀ համար2.7.7.49
CAS համար9068-38-6
Տվյալներ
IntEnzIntEnz կայքում
BRENDABRENDA կայքում
ExPASyNiceZyme կայքում
KEGGKEGG կայքում
MetaCycմետաբոլիզմ
PRIAMPRIAM կայքում
Protein Data BankRCSB PDB PDBj PDBe PDBsum
Գենի օնտոլոգիաAmiGO / EGO

Հակադարձ տրանսկրիպտազ կամ ռեվերտազ, ֆերմենտ, որը ՌՆԹ-ի հիման վրա սինթեզում է կոմպլեմենտար ԴՆԹ (կԴՆԹ)։ Այն գործում է ՄԻԱՎ-ի և հեպատիտ B վիրուսի գենոմները կրկնապատկելու, ռետրոտրանսպոզոնների պրոլիֆերացվելու և էուկարիոտ բջիջներում թելոմերները երկարացնելու համար[2][3][4]։

Ռետրովիրուսային հակադարձ տրանսկրիպտազն ունի երեք հաջորդական կենսաքաիմիական գործառույթներ․ ՌՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազային ակտիվություն, ռինոնուկլեազային ակտիվություն և ԴՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազային ակտիվություն։ Այսպիսով, ֆերմենտը միաշղթա ՌՆԹ-ից ստանում է երկշղթա ԴՆԹ։ Ռեակցիաների նույն հաջորդականությունը կիրառվում է լաբորատորիաներում մոլեկուլային կլոնավորման, ՌՆԹ-ի սեքվենավորման, պոլիմերազային շղթայական ռեակցիայի (ՊՇՌ) և գենոմային վերլուծության մեջ։

Պատմություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հակադարձ տրանսկրիտազները հայտնաբերել է Հաուարդ Թեմինը[5] և անջատել է Դեյվիդ Բալտիմորը[6]։ Նրանց ձեռքբերումների համար նրանք ստացել են 1975 թվի Նոբելյան մրցանակը «Ֆիզիոլոգիա կամ բժշկություն» ոլորտում։

Լավ ուսումնասիրված հակադարձ տրանսկրիպտազներ են․

  • ՄԻԱՎ-1 հակադարձ տրանսկրիպտազ[7]
  • M-MLV հակադարձ տրանսկրիպտազ (Մոլոնի մկան լեյկեմիայի վիրուս)[8]
  • AMV հակադարձ տրանսկրիպտազ (թռչնի միելոբլաստոզի վիրուս)[8]
  • Թելոմերազ հակադարձ տրանսկրիպտազ (էուկարիոտ բջիջներում ապահովում է թելոմերների կայուն երկարությունը)[9]

Գործառույթը վիրուսներում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հակադարձ տրանսկրիպտազը իր «մատ», «ափ» և «բութ» հատվածներով։ Ռիբոնուկլեազ H-ի և պոլիմերազի կատալատիկ ակտիվ կենտրոնները ցուցադրված են գնդիկ-և-ձողիկ մոդելով։

Վիրուսների այն խումբը, որն օրգագործում է հակադարձ տրանսկրիպտազը սեփական գենոմը կրկնապատկելու և հետագայում տիրոջ գենոմի մեջ ներկառուցելու համար, կոչվում են ռետրովիրուսներ, եթե նրանց գենոմը ներկայացված է ՌՆԹ-ով, և հեպադնավիրուսներ, եթե նրանց գենոմը ներկայացված է ԴՆԹ-ով։ ՌՆԹ-ից ԴՆԹ-ի սինթեզը կոչվում է հակադարձ տրանսկրիպցիա կամ ռետրոտրանսկրիպցիա։

Հակադարձ տրանսկրիպցիայի ընթացք[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հակադարձ տրանսկրիպտազը միաշղթա ՌՆԹ-ից ստանում է երկշղթա ԴՆԹ։ Եթե վիրուսը չունի ԴՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազային ակտիվություն, երկշղթա ԴՆԹ-ն սինթեզվում է տիրոջ ԴՆԹ-պոլիմերազ δ-ով, որը «շփոթում» է վիրուսային ԴՆԹ-ն սեփական բջջի դեռևս պրայմեր կապած ԴՆԹ-ի հատվածի հետ, և փոխարինում է ՌՆԹ-ն ԴՆԹ-ով։

Հակադարձ տրանսկրիպցիայի սխալ գործելու հավանականությունը բարձր է, որն էլ պայմանավորում է վիրուսների դիմակայունությունը դեղամիջոցների նկատմամբ։

Հակադարձ տրանսկրիպցիան ռետրովիրուսների մոտ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

ՄԻԱՎ-ի հակադարձ տրանսկրիպցիայի մեխանիզմը։

Ռետրովիրուսները ՌՆԹ գենոմ պարունակող հակադարձ տրանսկրիպցիա իրականացնող վիրուսներ են, որոնք իրենց կրկնապատկման ցիկլում գործածում են նաև միջանկյալ ԴՆԹ։ Ռետրովիրուսներ են մարդու իմունային անբավարաության վիրուսը (ՄԻԱՎ), մարդու T լիմֆոտրոֆ վիրուսը (HTLV)։ Երկշղթա ԴՆԹ-ն գոյանում է ցիտոզոլում[10], և այդ գործընթացի հաջորդականությունը ներկայացված է սույն բաժնի պատկերում։

Երկշղթա ԴՆԹ-ի սինթեզի պրոցեսը ներառում է շղթայի տեղափոխում, որի ժամանակ ՌՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազը սինթեզում է ԴՆԹ, որը տրանսլոկացվում է գենոմի ակցեպտորային տեղամաս, որից հետո ԴՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազը վիրուսային ԴՆԹ-ի վրա սինթեզում է երկրորդ շղթան[11]։

Ռետրովիրուսային ՌՆԹ-ի ընթերցման ուղղությունը 5' ծայրից դեպի 3' ծայրն է։ Պրոմոտերի հետ կապվող հատվածը կոչվում է պորոմոտեր կապող տեղամաս, որի 5' ծայրը կոչվում U5, իսկ 3' ծայրը՝ առաջնորդող ծայր։ Պրոմոտեր կապող տեղամասը ավելի մոտ է 5' ծայրին, սակայն հակադարձ տրանսկրիպցիան հարուցվում է 3' ծայրից 5'→3' ուղղությամբ (նոր սինթեզված ԴՆԹ-ի նկատմամբ)։ Այսպիսով, պրայմերը և հակադարձ տրանսկրիպտազը պետք է վերադասավորվեն դեպի 3' ծայր։ Այս գործընթացը իրականացնելու համար գործում են ԴՆԹ պոլիմերազը, ռիբոնուկլեազ H-ը և այլ ֆերմենտներ, տեղի է ունենում պոլինուկլեոտիդեների ապապարուրում և այլն[12][13]։

ՄԻԱՎ-ի հակադարձ տրանսկրիպտազը ունի ռիբոնուկլեազային ակտիվութուն, որով այն քայքայում է վիրուսային ՌՆԹ-ն կԴՆԹ-ի սինթեզի ընթացքում, ինչպես նաև ԴՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազային ակտիվություն, որով իմաստային (սենս) կԴՆԹ-ի շղթայի վրա սինթեզվում է հակաիմաստային (անտիսենս) շղթան։ Այսպես գոյանում է երկշղթա միջանկյալ վիրուսային ԴՆԹ-ն (վԴՆԹ)[14]։ ՄԻԱՎ-ի ՌՆԹ-ի կառուցվածքային տարրերը կարգավորում են հակադարձ տրանսկրիպցիայի ընթացքը[15]։

Բջջային օրգանիզմներում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Էուկարիոտ բջիջների գենոմի ինքնակրկնապատկվող տեսամասերը, որոնք կոչվում են ռետրոտրանսպոզոններ, վերադասավորվում են գենոմի մի տեղամասից մյուսը հակադարձ տրանսկրիպցիայի միջոցով՝ կիրառելով միջանկյալ ՌՆԹ մոլեկուլ։ Ռետրոտրանսպոզոնները առկա են բույսերի և կենդանիների գենոմներում։ Թելոմերազը մարդու և շատ այլ էուկարիոտների մոտ առկա մեկ այլ հակադարձ տրանսկրիպտազ է, որն ունի իր սեփական ՌՆԹ-ն։ Վերջինս կիրառվում է որպես կաղապար ԴՆԹ-ի կրկնապատման համար[16]։

Հակադարձ տրանսկրիպտազի առկայությունը պրոկարիոտներում ուսումնասիրվել է դեռևս 1971 թվականին (Բելյանսկին և գործընկերները) Ֆրանսիայում և մի քանի տարի անց ԽՍՀՄ-ում (Ռոմաշչենկո 1977[17])։ Դրանք կոդավորովում են բակտերիալ գենոմի հատուկ հաջորդականություններով՝ ռետրոններով, որոնք կիրառվում են բազմապատճեն միաշղթա ԴՆԹ-ի սինթեզի մեջ։ ԴՆԹ-ի սինթեզը սկսվում է պրայմերով, որը բակտերիաներում սինթեզվում է կրկնապատկման ժամանակ[18]։

Վալերիան Դոլյան պնդում է, որ վիրուսները, իրենց բազմազանության շնորհիվ, շատ կարևոր ներդրում են ունեցել բջջային կյանքի ձևավորման մեջ, և հակադարձ տրանսկրիպտազը կենտրոնական դեր է կատարել[19]։

Կառուցվածք[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հակադարձ տրանսկրիպտազը, ինչպես այլ վիրուսային նուկլեինաթթուների պոլիմերզները, նման է աջ ձեռքի[20][21]։ Բացի պոլիմերազից, հակադարձ տրանսկրիպտազն ունի նաև ռիբոնուկլեազ H, որը քայքայելով ՌՆԹ կաղապարը՝ հնարավոր է դարձնում ԴՆԹ-ի մյուս շղթայի սինթեզը[22]։ Քայքայման որոշ ֆրագմենտներ պրայմերի դեր են կատարում ԴՆԹ-պոլիմերազի համար (կա՛մ հակադարձ տրանսկրիպտազի, կա՛մ տեր բջջի)[20]։

Կրկնապատկման ճշտություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ռետրովիրուսի կենսական ցիկլում գործում են կրկնապատկման երեք տարբեր համակարգեր։ Առաջինը վիրուսային ՌՆԹ-ից կոմպլեմենտար ԴՆԹ-ի սինթեզն է հակադարձ տրանսկրիպտազով։ Երկրորդն արդեն իսկ տեր բջջի գենոմում ինտեգրված վիրուսային ԴՆԹ-ի կրկնապատկումն է տիրոջ ԴՆԹ-պոլիմերազով։ Երրորդը նախավիրուսային ԴՆԹ-ի տրանսկրիպցիան է ՌՆԹ պոլիմերազ II-ով և ՌՆԹ մոլեկուլի ստացումն է։ Այս ՌՆԹ-ն հետագայում «փաթեթավորվելու» է վիրիոններում։ Կրկնապատկման փուլերից մեկում կամ մի քանիսում հնարավոր է մուտացիաների առաջացումը[23]։

Հակադարձ տրանսկրիպտազն ունի սխալ գործելու բարձր հավանականություն, քանի որ, ի տարբերություն այլ ԴՆԹ-պոլիմերազների, այն չունի սրբագրման հատկություն։ Սա հանգեցնում է մուտացիաների ավելի արագ կուտակման համեմատած կրկնապատման սրբագրվող փուլերի։ Promega-ի արտադրության կոմերցիոն օգտագործման հակադարձ տրանսկրիպտազների համար նշվում է սխալի հաճախականությունը, որը հավասար է 1:17,000-ի AMV-ի հակադարձ տրանսկրիպտազի և 1:30,000-ի M-MLV-ի հակադարձ տրանսկրիպտազի համար[24]։

Միանուկլեոտիդային պոլիմորֆիզմներ գոյացնելուց բացի հակադարձ տրանսկրիպտազները դերակատարում ունեն հիբրիդային տրանսկրիպտների սինթեզի, էքզոնների նոր կոմբինացիաների ստեղծման և արհեստական հակաիմաստային (անտիսենս) տրանսկրիպտների սինթեզի մեջ[25][26]։ Ենթադրվում է, որ հակադարձ տրանսկրիպտազի կաղապարի փոփոխման հատկությունը, որը հնարավոր է ուսումնասիրել միայն in vivo պայմաններում, հանդիսանում է մոդելային օրգանիզմների գենոմում հազարավոր չանոտացված տրանսկրիպտների հայտնաբերման պատճառը[27]։

Կաղապարի փոփոխություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ռետրովիրուսային յուրաքանչյուր մասնիկում տեղակայված են երկու ՌՆԹ գենոմներ, սակայն վարակումից հետո յուրաքանչյուր մասնիկ գոյացնում է միայն մեկ նախավիրուս (պրովիրուս)[28]։ Վարակումից հետո հակադարձ տրանսկրիպցիան ուղեկցվում է հակադարձ տրանսկիրպտազի կաղապարների փոփոխությամբ (ռեկոմբինացիա)[28]՝ մի գենոմից մյուսը։ Գոյություն ունեն երկու մոդելներ, որոնք բացատրում են այս երևույքը։ Առաջինը՝ հարկադրված ընտրության մոդելը, ենթադրում է, որ հակադարձ տրանսկրիպտազը փոխում է իր կաղապարը, երբ այն հանդիպում է խոչընդոտի, հետևաբար գենոմի անբողջականության պահպանման համար ռեկոմբինացիան պարտադիր է։ Երկրորդը՝ դինամիկ ընտրության մոդելը, ենթադրում է, որ կաղապարի փոփոխությունը տեղի է ունենում, երբ ռիբոնուկլեազային ակտիվության արագությունը չի համապատասխանում պոլիմերազային ակտիվության արագությանը, հետևաբար ռեկոմբինացիան տեղի է ունենում պատահականորեն և չի գործում ի պատասխան գենոմային վնասների։ Ռոսոնի և գործընկեների ուսումնասիրությունները հիմավորել է այս երկու մոդելները[28]։ Յուրաքանչյուր ռեպլիկացիոն ցիկլի ընթացքում գենոմի փոփոխությունը տեղի է ունենում 5-14 անգամ[29]։ Կաղապարի փոփոխությունը (ռեկոմբինացիան) անհրաժեշտ է գենոմի ամբողջականությունը պահպանելու համար և կարծես «փրկում» է վնասված գենոմը՝ նորոգելով այն[28][30]։

Կիրառումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հակադարձ տրանսկրիպտազը արգելակող դեղամիջոց զիդովուդինի (AZT) մոլեկուլային կառուցվածքը

Հակավիրուսային դեղամիջոցներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Քանի որ ՄԻԱՎ-ը կրկնապատկում է իր գենոմը հակադարձ տրանսկրիպտազով և այդպես բազմանում ՝ գոյացնելով վիրուսային նոր մասնիկներ, ստեղծվել են յուրահատուկ դեղամիջոցներ, որոնք ընտրողաբար արգելակում են հակադարձ տրանսկրիցիան։ Այս դեղամիջոցները կոչվում են հակադարձ տրանսկրիպտազի արգելակիչներ, որոնցից են նուկլեոզիդների և նուկլեոտիդների անալոգ զիդովուդինը (առևտրային անվանումը Ռետրովիր), լամիվուդինը (առևտրային անվանումը Էպիվիր) և տենոֆովիրը (առևտրային անվանումը Վիրեադ), ինչպես նաև ոչ նուկլեոզիդային արգելակիչ նևիրապինը (առևտրային անվանումը Վիրամուն)։

Մոլեկուլային կենսաբանություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հակադարձ տրանսկրիպտազը հնարավորություն է տալիս պոլիմերազային շղթայական ռեակցիան կիրառել ՌՆԹ-ի համար (հակադարձ տրանսկրիպտազի կիրառումով պոլիմերազային շղթայական ռեակցիա՝ ՀՏ-ՊՇՌ/RT-PCR)։ Դասական ՊՇՌ-ն կիրառվում է միայն ԴՆԹ-ի դեպքում, սակայն հակադարձ տրանսկրիպտազի օգնությամբ ՌՆԹ-ն տրանսկրիպտվում է ԴՆԹ-ի, այսպիսով հնարավոր դարձնելով ՌՆԹ մոլեկուլների ՊՇՌ անալիզը։ իՌՆԹ-ից կԴՆԹ-ի դարանների ստեղծման գործում նույնպես կիրառվում է հակադարձ տրանսկրիպտազը։ Շուկայում հակադարձ տրանսկրիպտազի հայտնվելը նպաստել է մոլեկուլային կենսաբանության զարգացմանը, հատկապես ՌՆԹ-ի կլոնավորման, սեքվենավորման և բնութագրման համար։

Տես նաև[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  1. ftp://ftp.expasy.org/databases/enzyme/enzyme.dat
  2. «Central dogma of molecular biology»։ Nature 227 (5258): 561–3։ August 1970։ Bibcode:1970Natur.227..561C։ PMID 4913914։ doi:10.1038/227561a0 
  3. The Philosophy and History of Molecular Biology: New Perspectives։ Dordrecht: Kluwer Academic Publishers։ 1996։ էջեր 187–232 
  4. «Epigenetically facilitated mutational assimilation: epigenetics as a hub within the inclusive evolutionary synthesis»։ Biological Reviews 94 (1): 259–282։ 2019։ PMC 6378602 ։ doi:10.1111/brv.12453 
  5. «RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus»։ Nature 226 (5252): 1211–3։ June 1970։ PMID 4316301։ doi:10.1038/2261211a0 
  6. «RNA-dependent DNA polymerase in virions of RNA tumour viruses»։ Nature 226 (5252): 1209–11։ June 1970։ PMID 4316300։ doi:10.1038/2261209a0 
  7. «Immunologic and proteolytic analysis of HIV-1 reverse transcriptase structure»։ Virology 175 (2): 456–64։ April 1990։ PMID 1691562։ doi:10.1016/0042-6822(90)90430-y 
  8. 8,0 8,1 «Improving the thermal stability of avian myeloblastosis virus reverse transcriptase α-subunit by site-directed mutagenesis»։ Biotechnology Letters 34 (7): 1209–15։ July 2012։ PMID 22426840։ doi:10.1007/s10529-012-0904-9 
  9. «The structure and function of telomerase reverse transcriptase»։ Annual Review of Biochemistry 75 (1): 493–517։ June 2006։ PMID 16756500։ doi:10.1146/annurev.biochem.75.103004.142412 
  10. Bio-Medicine.org - Retrovirus Archived 2021-04-28 at the Wayback Machine. Retrieved on 17 Feb, 2009
  11. «Strong-stop strand transfer during reverse transcription»։ Reverse transcriptase (1st ed.)։ New York: Cold Spring Harbor։ 1993։ էջ 49։ ISBN 978-0-87969-382-4 
  12. «RNA tumor viruses»։ Molecular Biology of Tumor Viruses (2nd ed.)։ Cold Spring Harbor, N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory։ 1985 
  13. «The reverse transcriptase-RNase H: from viruses to antiviral defense»։ Annals of the New York Academy of Sciences 1341 (1): 126–35։ April 2015։ Bibcode:2015NYASA1341..126M։ PMID 25703292։ doi:10.1111/nyas.12668 
  14. Kaiser Gary E. (January 2008)։ «The Life Cycle of HIV»։ Doc Kaiser's Microbiology Home Page։ Community College of Baltimore Count։ Արխիվացված է օրիգինալից 2010-07-26-ին 
  15. «Advances in understanding the initiation of HIV-1 reverse transcription»։ Curr Opin Struct Biol 65: 175–183։ Dec 2020։ PMC 9973426 ։ PMID 32916568 ։ doi:10.1016/j.sbi.2020.07.005 
  16. Molecular cell biology։ New York: W.H. Freeman and CO։ 2004։ ISBN 978-0-7167-4366-8 
  17. «Otdelenie ot preparatov DNK-polimeraz I RNK-zavisimoy DNK-polimeraz; oshistka i svoystva fermenta»։ Proceedings of the USSR Academy of Sciences 233: 734–737։ 1977 
  18. «RNA-dependent DNA polymerase activity of RNA tumor viruses. I. Directing influence of DNA in the reaction»։ Journal of Virology 9 (1): 116–29։ January 1972։ PMC 356270։ PMID 4333538։ doi:10.1128/JVI.9.1.116-129.1972 
  19. Arnold Carrie (17 July 2014)։ «Could Giant Viruses Be the Origin of Life on Earth?»։ National Geographic։ Վերցված է 29 May 2016 
  20. 20,0 20,1 «Structure and function of HIV-1 reverse transcriptase: molecular mechanisms of polymerization and inhibition»։ Journal of Molecular Biology 385 (3): 693–713։ January 2009։ PMC 2881421։ PMID 19022262։ doi:10.1016/j.jmb.2008.10.071 
  21. «Structure of the RNA-dependent RNA polymerase of poliovirus»։ Structure 5 (8): 1109–22։ August 1997։ PMID 9309225։ doi:10.1016/S0969-2126(97)00261-X 
  22. «RNase H activity: structure, specificity, and function in reverse transcription»։ Virus Research 134 (1–2): 86–103։ June 2008։ PMC 2464458։ PMID 18261820։ doi:10.1016/j.virusres.2007.12.007 
  23. «The fidelity of retroviral reverse transcriptases»։ Reverse transcriptase։ New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press։ 1993։ էջ 85։ ISBN 978-0-87969-382-4 
  24. «Promega kit instruction manual»։ 1999։ Արխիվացված է օրիգինալից 2006-11-21-ին 
  25. «Apparent non-canonical trans-splicing is generated by reverse transcriptase in vitro»։ PLOS ONE 5 (8): e12271։ August 2010։ Bibcode:2010PLoSO...512271H։ PMC 2923612։ PMID 20805885։ doi:10.1371/journal.pone.0012271 
  26. «Evidence that BmTXK beta-BmKCT cDNA from Chinese scorpion Buthus martensii Karsch is an artifact generated in the reverse transcription process»։ FEBS Letters 520 (1–3): 183–4; author reply 185։ June 2002։ PMID 12044895։ doi:10.1016/S0014-5793(02)02812-0 
  27. «Response to "The Reality of Pervasive Transcription"»։ PLOS Biology 9 (7): e1001102։ 2011։ PMC 3134445։ doi:10.1371/journal.pbio.1001102 
  28. 28,0 28,1 28,2 28,3 «Recombination is required for efficient HIV-1 replication and the maintenance of viral genome integrity»։ Nucleic Acids Research 46 (20): 10535–10545։ November 2018։ PMC 6237782 ։ PMID 30307534 ։ doi:10.1093/nar/gky910 
  29. «Estimating the in-vivo HIV template switching and recombination rate»։ AIDS 30 (2): 185–92։ January 2016։ PMID 26691546։ doi:10.1097/QAD.0000000000000936 
  30. «Retroviral recombination and reverse transcription»։ Science (New York, N.Y.) 250 (4985): 1227–33։ November 1990։ Bibcode:1990Sci...250.1227H։ PMID 1700865։ doi:10.1126/science.1700865 

Արտաքին հղումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]