HIV-1プロウイルスゲノムの長末端リピートプロモーターにおける二重ステムループを持つ動的i-motifがウイルス転写を調節する

A dynamic i-motif with a duplex stem-loop in the long terminal repeat promoter of the HIV-1 proviral genome modulates viral transcription.

• Emanuela Ruggiero
• Sara Lago
• Primož Šket
• Matteo Nadai
• Ilaria Frasson
• Janez Plavec
• Sara N Richter

抄録

I-motifsは、ヘミプロトン化シトシン間のH結合を特徴とする非カノニカルな核酸構造である。近年、ヒト細胞における細胞内プロセスの制御にi-motif構造が関与していることを示す証拠が一貫して増加している。しかし、これまでヒト以外のゲノム内のi-motifについては研究されたことがなかった。本研究では、HIV-1プロウイルスゲノムの長末端リピート(LTR)プロモーター内のi-motifの特徴を明らかにした。本研究では、HIV-1プロモーター内のi-motifの特徴を明らかにするとともに、その特徴を明らかにした。また、一次元核磁気共鳴実験により、ループ内に3つのG-C-H結合が形成されていることが明らかになり、構造全体の安定性が向上したと考えられる。また、LTR i-motifは細胞内タンパク質hnRNP Kに認識されており、生理的な条件でフォールディングが誘導されることが明らかになった。さらに、hnRNP Kをサイレンシングすると、LTRプロモーターの活性が上昇し、i-motif形成配列を安定化するタンパク質の能力が確認された。これらの知見は、HIV-1ウイルスの複雑性についての新たな知見を提供するとともに、HIV-1 LTRのi-motifを選択的に認識し、標的とする可能性に基づいた革新的な抗ウイルス薬設計の基礎を築くものである。

I-motifs are non-canonical nucleic acids structures characterized by intercalated H-bonds between hemi-protonated cytosines. Evidence on the involvement of i-motif structures in the regulation of cellular processes in human cells has been consistently growing in the recent years. However, i-motifs within non-human genomes have never been investigated. Here, we report the characterization of i-motifs within the long terminal repeat (LTR) promoter of the HIV-1 proviral genome. Biophysical and biochemical analysis revealed formation of a predominant i-motif with an unprecedented loop composition. One-dimensional nuclear magnetic resonance investigation demonstrated formation of three G-C H-bonds in the long loop, which likely improve the structure overall stability. Pull-down experiments combined with mass spectrometry and protein crosslinking analysis showed that the LTR i-motif is recognized by the cellular protein hnRNP K, which induced folding at physiological conditions. In addition, hnRNP K silencing resulted in an increased LTR promoter activity, confirming the ability of the protein to stabilize the i-motif-forming sequence, which in turn regulates the LTR-mediated HIV-1 transcription. These findings provide new insights into the complexity of the HIV-1 virus and lay the basis for innovative antiviral drug design, based on the possibility to selectively recognize and target the HIV-1 LTR i-motif.

© The Author(s) 2019. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.