反转录病毒被称为正链病毒(plus strand viruses),这是由于病毒的RNA本身编码了蛋白产物。作为它的命名就意味着反转酶负责将基因变成为互补的DNA链,这链称为负链DNA(mimus strand DNA)。反转录酶在产生双链的阶段催化底物,它具有DNA聚活酶的活性,它可以从病毒的单链RNA转录本来合成双链DNA。双链中的第二条DNA单链称为正链DNA(plus strand DNA)。此酶还具有RNase H的活性,可以降解RNA-DNA杂种链中的RNA部分。各种反转录病毒的反转录酶中相似的氨基酸序列是很重要的,这些同源序列可能被某些反转录转座子所识别。
来自病毒的DNA链的结构与RNA互补,在其RNA的两端具有正向重复序列。在不同的病毒中此DR区-R序列差异很大,长10到80nt不等。在5′端紧跟着R的是U5区,长80~100nt,其命名表示它们于5′端;在3′端R的内侧是U3序列,长170~135nt,它位于3′端。R片段在病毒RNA变成DNA时用于和另一条基因组RNA配对。
像其它的DNA聚合酶一样,反转酶也需要一个引物。天然的引物是tRNA此tRNA原来就存在于病毒中。tRNA的3′端有18nt的序列与病毒RNA分子端100~200碱基处的位点(PB)配对,也可与病毒的另一条RNA5′端的PB′位点配对这样有助于在病毒的RNAs之间形成二聚体。这儿有一个看似矛盾的地方,就是反转录酶是在RNAs′端下游仅100-200nt处开始合成DNA,那么按其合成方向是向左的,这样怎能反转录整个的RNA基因组呢?在体外合成到末端产生一个短的DNA序列,称为负链强停止DNA(minus strong-stop DNA),在体内合成内于是连续的,故末发现这种分子,反转录酶转换模板时将新生的DNA带到新的模板上,这是在模板间二次跳跃中的第一跳跃。
在这个反应中RNA模板的5′端的R区被反转录酶的RNAaseH 活性所降解,R区的切除随其与新合成的DNA3′端配对进行的。然后反转录酶持续通过U3进入RNA的编码区。
进一步与强停止负链DNA配对的R区的来源或是同一条RNA分子3′端的R区,或是另一条RNA分子3′端的R区(分子间配对)。这种不同RNA模板的转换如图23-63。这是因为有证据表明tRNA引物序列在反转录子生活周期中并不遗传(若分子间发生配对,我们将预期这个序列是可以遗传的,因在下轮循环中它仅提供引物结合顺序(primer binding seguence,PB)分子间的配对使另一条反转录RNA也提供PB序列。
模板的转换和延伸的结果是将U3序列加到5′端同时也将US加到了3′端,使两端产生了相同的序列。这种序列结构“U3-R-U5”被称为长的末端重复序列(long terminal repeat ,LTR);
我们现在需要产生一条DNA正链和每端都形成LTR1。此反应如图23-63(b)所示,反转录酶以降解余下的RNA为引物合成正链DNA当酶到达模板的末端就产生了一个强停止正链DNA。这个DNA再移到负链DNA的另一端。有可能当第二轮DNA合成从引物共段开始,上游发生取代反应将它释放出来。它利用R区域与负链DNA的3′端配对。然后双链DNA的形成需要两条链的每一末端产生双链的LTR才能完成。
由于在每个反转录病毒颗粒中有两条基因组mRNA。可能在病毒生活周期中发重组,此和负链及正链的合成有关。
(1) 在分子间配对时在两个连续的RNA分子间发生重组。
(2) 正链DNA的合成是不连续的,在此反应中涉及到各种内部的起始。在这个反应中
链也可能发生转移。
这两件事的共同特点是在DNA合成时重组是由模板的转换而产生的。这种重组的机制称为拷贝选择(copy choice),前面已提到在多年前解释一般重组时,人们曾提出这一模型。但它并不能应用于细胞系统。但在RNA病毒感染时它却是一个重组的普遍基础,包括独特的通过RNA形式的复制的病毒,例如脊髓灰质炎病毒。
含有前病毒的生物都是具有线性DNA,在病毒两端的LTRs是相同的。US的3′端和U3的5′端由一个短的IR组成的,因此LTR本身的两个末端都有反向重复序列,而它的侧翼是靶DNA形成短的正向重复序列。整合的前病毒DNA像是转座子,前病毒末端的反向重复序列,其两侧面有靶DNA的正向重复序列。
