Reverz transzkriptáz

A reverz transzkriptáz (RT) olyan enzim, amely RNS-szálról képes komplementer, kiegészítő DNS-t készíteni. A DNS-ről való RNS-átírás folyamat neve transzkripció, ezért ennek fordítottját reverz transzkripciónak hívják. Mivel a reverz transzkriptáz alapvető fontosságú olyan retrovírusok számára, mint például a HIV, a működését gátló szerek fontos szerephez jutnak a vírusfertőzések gyógyításában. A retrovírusokon kívül az eukarióta sejtekben a kromoszómák telomerjein és a mobilis genetikai elemek (retrotranszpozonok) is kifejtenek reverz transzkripciós aktivitást.

Felfedezésének története

A reverz transzkriptázt az amerikai Howard M. Temin fedezte fel 1970-ben a Rous szarkómavírusban (RSV); illetve tőle függetlenül David Baltimore is izolálta az enzimet az RSV-ből és az egér-leukémia vírusból. A felfedezésért mindketten orvostudományi Nobel-díjban részesültek 1975-ben. Temin már a 60-as évek elején felvetette, hogy egyes RNS-vírusok DNS-sé átírva beépülnek a gazdasejt genomjába, de az elmélet kezdetben ellenállással találkozott, mert ellentmondott a molekuláris biológia centrális dogmájának, miszerint a sejtekben információ DNS-RNS-fehérje irányban áramlik. Az enzim izolálása bebizonyította, hogy Teminnek volt igaza.

Vírusok

A reverz transzkripciót a retrovírusok és a hepadnavírusok alkalmazzák. Előbbieknek egyszálú RNS-ből áll a genomjuk (a Baltimore-féle osztályozásban a VI. csoport), melyet a saját enzimjükkel kétszálú DNS-sé írnak át, ami aztán a gazdasejt DNS-ébe integrálódik. A hepadnavírusok (Hepatitis B vírus) DNS-genommal rendelkeznek, de annak másolása rendhagyó módon, egy RNS-intermedierrel történik. A reverz transzkriptáz mindkét esetben alapvető fontosságú a virális életciklus végigviteléhez.

Az átírás a citoplazmában zajlik és a hagyományos DNS-szintézishez képest meglehetősen bonyolult, a következő lépésekben történik:

A sejt egyik tRNS-e a vírus RNS-hez (ún. primer binding site, PBS) hibridizál, ahol primerként, a szintézis elindítójaként fog szerepelni. A PBS nem a genom legvégén van, bár az 5' végéhez közel.
A tRNS-ből kiindulva komplementer DNS-szál készül a vírusgenom 5' végéig (a vírusgenom végén az R régió egy ismőtlódó szakasz, amely mindkét végen megtalálható)
A rövid kétszálú DNS-RNS hibrid részről az enzim eltávolítja az RNS-t
A maradék DNS áthelyeződik a genom másik, 3' végére, ahol a DNS R régiója az RNS-beli R régióhoz kötődik
A DNS-szálat az enzim meghosszabbítja az RNS-t használva mintául
Egy rövid közbenső szakasz kivételével lebomlik a DNS-RNS hibrid RNS-szála
A megmaradt rövid RNS primerként szolgál, és róla kiindulva megszintetizálódik a második DNS-szál
A második DNS leválik az elsőről és a genom elején, a PBS-régióban újrahibridizálódik vele
A DNS-szálak mindkét oldalon 5'-3' irányban meghosszabbodnak és a teljes folyamat végén az eredeti RNS-genommal azonos szekvenciájú, kétszálú DNS-t kapunk, amit az integráz enzim beépíthet a sejt DNS-ébe.

A fentieknek megfelelően a reverz transzkriptáz enzim általában háromféle aktivitással rendelkezik:

RNS-függő DNS-polimeráz
DNS-függő DNS-polimeráz
ribonukleáz-H (RNS/DNS hibridről az RNS eltávolítása).

Egyes vírusfajok esetében hiányzik a DNS-függő DNS-polimeráz aktivitás, itt feltehetően a gazdasejt saját DNS-polimeráza végzi el a funkcióját.

Eukarióták

Az eukarióták esetében az olyan mobilis genetikai elemek, mint a retrotranszpozonok egy RNS-intermedier segítségével másolják le magukat és mozognak a genomon belül. A kromoszómák végén található telomerek hosszúságát szabályozó telomeráz enzim egy RNS-molekulát tartalmaz, amely templátul szolgál a telomerek DNS-ének meghosszabbításához.

Prokarióták

Egyes baktériumokban retronoknak nevezett RNS-molekulák találhatóak, melyekről reverz transzkriptáz íródik át, és az a retronról nagy mennyiségű egyszálú DNS-másolatot készít. Funkciója nem ismert.

Másolási pontosság

A sejt másolóenzimjeitől eltérően a virális reverz transzkriptáz nem rendelkezik hibajavító funkcióval, ezért igen sok mutációt generál. A madármioblasztózis-vírus enzimje minden 17 000-ik, az egérleukémia-vírus pedig minden 30 000-ik bázist rosszul épít be, vagyis minden 3-4. kópián mutációt hoz létre. Emiatt igen sok az életképtelen vírus, más részről viszont lehetővé válik az immunrendszer vagy az antivirális gyógyszerek elleni gyors reagálás.

Alkalmazás

Molekuláris biológia

Az első hatékony HIV-ellenes gyógyszer, a reverz transzkriptázt blokkoló zidovudin (AZT) szerkezete

A reverz transzkriptázt leggyakoribb felhasználása a reverz transzkripciós polimeráz-láncreakció (RT-PCR, nem összetévesztendő a Real Time PCR-rel). A hagyományos PCR csak DNS megsokszorozására képes, a reverz transzkripciós lépés lehetővé teszi a mintákban található RNS (pl. RNS-vírusok) gyors és érzékeny kimutatását. A technika jelentősen megkönnyíti a génekről átírt hírvivő RNS-ek (vagy bármilyen más RNS) vizsgálatát is. Mivel az eukarióta gének többnyire több szakaszra (exon) osztva találhatóak meg a kromoszómákon, ezeknek a géneknek a termékeit (például inzulint) korábban nem lehet baktériumba juttatva, ipari mennyiségben, biotechnológiai módszerrel termelni (a bakteriális gének egy szakaszból állnak, ezért csak így képesek olvasni is őket). A génről készült mRNS-ből viszont a fölösleges szakaszok ki vannak vágva, így azt DNS-sé átírva lehetővé válik ezeknek a fehérjéknek baktériumokban való tömegtermelése.

Antivirális gyógyszerek

Mivel a reverz transzkriptáz alapvető fontosságú a HIV replikációjához, az azt blokkoló gyógyszereket már régóta használják az AIDS-betegek kezelésében. Az első hatékony gyógyszer, a zidovudin (AZT) is RT-gátló volt, és azt követte a lamivudin, a tenofovir és az olyan nem-nukleozid szerek, mint a nevirapin.

Források

Temin HM, Mizutani S (June 1970). "RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus". Nature 226 (5252): 1211–3.
Baltimore D (June 1970). "RNA-dependent DNA polymerase in virions of RNA tumour viruses". Nature 226 (5252): 1209–11.
Bernstein A, Weiss R, Tooze J (1985). "RNA tumor viruses". Molecular Biology of Tumor Viruses (2nd ed.). Cold Spring Harbor, N.Y: Cold Spring Harbor Laboratory.
Bbenek K, Kunkel AT (1993). "The fidelity of retroviral reverse transcriptases". In Skalka, M. A., Goff, P. S. Reverse transcriptase. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press
Krieger M, Scott MP, Matsudaira PT, Lodish HF, Darnell JE, Zipursky L, Kaiser C, Berk A (2004). Molecular cell biology. New York: W.H. Freeman and CO. ISBN 0-7167-4366-3.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Reverse transcriptase című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.