Геном ретровирусов — две молекулы кэпированной и полиаденилированной (+)РНК размером 8-10 т.н. На 5'- и 3'-концах РНК имеет прямые повторы (R), уникальные последовательности (U5 и U3, соответственно) и на 5'-конце участок присоединения тРНК (Р). В результате реакции обратной транскрипции образуются молекулы двухнитевых ДНК с длинными (несколько сотен нуклеотидов) концевыми повторами (LTR), имеющими структуру U3RU5.
При синтезе минус-нити ДНК у ретровирусов затравка необычна, ее роль выполняют клеточные транспортные РНК (тРНК). Для каждого вируса это определенная тРНК, попадающая в вирион в процессе инкапсидации геномной РНК. Реакция обратной транскрипции у ретровирусов многостадийный процесс, включающий так называемые «прыжки» — ревертазы. Возможность «прыжков» обеспечивается наличием на концах матрицы прямых повторов (R) и активностью РНКазы Н. Этапы реакции обратной транскрипции генома ретровирусов представлены на рисунке.
Рис. Механизм обратной транскрибции
Реакция обратной транскрипции начинается не с 3'-конца, как это принято для прямой транскрипции, а с синтеза расположенного на 5'-конце короткого фрагмента путем удлинения 3'-конца тРНК. После достижения конца РНК-матрицы синтез останавливается, в связи с чем первый фрагмент (-)ДНК назван strong-stop-ДНК. На следующем этапе ревертаза в комплексе с strong-stop-ДНК совершает «прыжок» на 3'-конец матрицы, в результате которого синтезируется правый LTR.
Следует отметить, что в процессе синтеза ДНК периодически происходит смена матриц, что затрудняет ответ на вопрос, какая из двух молекул геномной РНК в данном случае является матричной. Далее ревертаза синтезирует плюс-нить правого LTR, используя в качестве затравки остаток матричной РНК в области Pu. При этом синтез продолжается за LTR и включает образование участка, комплементарного 3'-концу тРНК (область P). Этот участок обеспечивает возможность второго прыжка в ходе обратной транскрипции. По результатам реакции образуется двухнитевая ДНК протяженностью больше, чем геномная РНК за счет образования длинных концевых повторов.
Синтез вирусоспецифической ДНК происходит в составе коровой частицы в цитоплазме, затем линейная днДНК поступает в ядро клетки, где переходит в кольцевую форму. После образования кольцевой формы в местах стыка LTR возникает короткий инвертированный повтор, выполняющий функцию специфического участка интеграции. Этот участок узнается вирусным ферментом-интегразой (С-концевой участок ревертазы, обладающий эндонуклеазной активностью), который вносит ступенчатые разрывы в LTR и клеточный сайт. Этот же фермент осуществляет и воссоединение цепей ДНК. При этом оба вирусные LTR теряют по две концевые пары нуклеотидов, а участок хозяйской ДНК, куда встраивается провирус, дуплицируется.
Интеграция вирусного генома в клеточную ДНК является обязательной стадией репродукции ретровирусов. Вирусоспецифическая ДНК реплицируется вместе с клеточной ДНК при митозе и передается в дочерние клетки. Синтез ретровирусных (+)РНК происходит толь ко на матрице провирусной ДНК и осуществляется клеточным транскрипционным аппаратом, то есть, транскрипция вирусных генов является также и репликацией вирусного генома.
Синтезированные первичные транскрипты подвергаются обычным посттранскрипционным модификациям: кэпированию, полиаденилированию и сплайсингу. Сплайсингу подвергаются не все первичные транскрипты. Часть из них выходит в цитоплазму, сохраняя полную последовательность, и используется для инкапсидации в вирион. Общая стратегия репликации/транскрипции генома ретровирусов представлена на схеме 7.
