人類免疫缺陷病毒（HIV）選擇性地包裝其未切割RNA基因組的兩個拷貝，這兩個拷貝都用于逆轉錄過程中的鏈轉移介導重組，這一過程能夠在環(huán)境和壓力下快速進行。病毒RNA被選作二聚體進行包裝，有證據表明二聚體和包裝是機械耦合的。這兩個過程都是由基因組5′-非翻譯區(qū)（5′-UTR）內少量病毒Gag多蛋白的核衣殼（NC）結構域與RNA元件之間的相互作用介導的。Gag蛋白含有三個獨立折疊的結構域（從N-末端到C-末端）：基質（MA）、衣殼（CA）和核衣殼（NC），以及其他三個非結構但功能重要的片段。

圖1：HIV病毒基因組裝的過程

一、Gag的NC結構域介導基因組選擇

目前有大量證據表明，HIV組裝基因組選擇主要由HIV-1 Gag多聚蛋白的NC結構域介導。用MoMuLV（莫洛尼鼠白血病病毒）結構域替換HIV-1 NC結構域導致MoMuLV病毒 RNA優(yōu)先包裝到HIV-1衍生嵌合病毒中，反之，用HIV-1結構域替換MoMuLV-NC結構域導致HIV-1基因組優(yōu)先包裝，屬于特定屬的逆轉錄病毒似乎更容易包裝彼此的RNA。幾乎所有的逆轉錄病毒的gag蛋白的NC結構域都含有1-2個保守的CCHC基序，又稱鋅指結構（Cys-X2-Cys-X4-His-X4-Cys；X=非Cys/His氨基酸），作為鋅結合位點。

  早期研究表明，陣列對鋅的親和力較弱，病毒粒子中不含鋅，但隨后的體內誘變實驗表明，陣列中保守的單原子S由O替換（Cys由Ser）阻斷了病毒復制和基因組包裝，與鋅結合功能一致。對肽和重組和病毒衍生的HIV-1 NC蛋白的研究證實，這些陣列能夠以高親和力結合鋅，對完整逆轉錄病毒的鋅邊擴展X射線吸收精細結構（EXAFS）研究最終提供了強有力的證據，證明成熟的病毒顆粒中充滿了鋅，證明NC鋅指結構在逆轉錄病毒組裝期間選擇未切割基因組方面發(fā)揮著重要作用，從而可以設計化合物使鋅指結構中的Zn排出，而篩選出強大的抗病毒活性化合物。

二、Gag的MA結構域在基因組包裝中的作用

Gag的MA結構域在細胞內轉運和膜靶向性中起著重要作用。Gag的HIV-1 MA結構域中的兩個基本殘基突變可導致Gag和病毒基因組在細胞核中積累。這些突變還導致病毒顆粒的產生顯著減少，形成的顆粒傳染性差，似乎主要含有單體基因組。早期的研究表明，Gag的MA結構域包含一個核定位信號（NLS），這些發(fā)現(xiàn)表明MA也具有一個核輸出信號（NES），并且這兩個信號在Gag在病毒組裝前短暫穿梭穿過細胞核中都起作用。但是這些發(fā)現(xiàn)沒有在其他實驗室得到重復，gag為什么需要入核后再出核仍然是科學問題。

         Rous肉瘤病毒（RSV）的Gag蛋白具有類似的短暫核穿梭活性。在這種情況下，MA的特定突變或抑制依賴于染色體區(qū)域維護-1（CRM-1）的核輸出途徑的治療劑可能會阻止核輸出。RSV MA的突變增強了膜結合（Myr1Glu）并阻止了核穿梭，導致了主要單體基因組粒子的形成。對RSV更廣泛的研究表明，與基因組識別發(fā)生在細胞核中的包裝機制以及由MA結構域指導的Gag瞬時核穿梭相一致，是將基因組從細胞核有效運輸?shù)劫|膜上的病毒組裝點所必需的，表明了Gag的瞬時核定位在基因組包裝中起作用。

早期研究表明，在溫和變性條件下從RSV中提取的RNA是二聚體，如蔗糖梯度沉淀法所確定的那樣，但在基因-32蛋白存在的情況下形成單體，可以解開雙螺旋核酸結構并優(yōu)先與單鏈RNA結合。這些研究表明，病毒粒子中的RNA以非共價連接的二聚體形式存在，但不排除RNA可能被Gag識別為單體并在組裝期間或組裝后不久形成二聚體的可能性。

三、HIV-1 5′-UTR的結構和對病毒組裝的影響

HIV-1 5′-UTR主要包含TAR、polyA、PBS、DIS、SD和AUG片段

圖2：HIV 5’UTR 區(qū)莖環(huán)結構圖

1.TAR

由于5′UTR的TAR結構域在Tat介導的轉錄激活中起著重要作用，因此人們也提出了在復制中的其他作用，包括二聚化作用、逆轉錄過程中的鏈轉移、潛伏期中可能的HIV-1衍生的miRNA和包裝。破壞TAR結構的突變會導致基因組包裝效率顯著降低，TAR發(fā)夾結構對基因組包裝很重要。然而，高效基因組隨后證明了HIV-1變異體的包裝和復制，其中TAR發(fā)夾和Tat基因被四環(huán)素誘導的tetO-rtTA系統(tǒng)取代，表明TAR發(fā)夾是高效轉錄和復制所必需的，但在包裝中不起重要作用。

2.PolyA

據預測，緊隨TAR發(fā)夾之后的殘留物會形成第二個發(fā)夾，稱為poly A，它在非結構化環(huán)中包含AAUAAA多聚腺苷酸化信號。該序列是在病毒轉錄物的3′端附近復制的重復（R）元件的一部分。Poly A堿基配對的突變導致了基因組包裝和病毒復制的嚴重缺陷,恢復堿基配對的補償性突變也恢復了基因組包裝，從而得出結論，Poly A發(fā)夾的二級結構而非一級序列對包裝很重要。Poly A 發(fā)夾的不穩(wěn)定會導致基因組包裝的減少。Poly A發(fā)夾的穩(wěn)定性可以導致細胞內HIV RNA水平的顯著降低，這可以解釋所觀察到的包裝減少，poly A發(fā)夾是有效抑制5′-聚腺苷酸化位點和充分激活3′-聚腺酸化信號所必需的,但對包裝可能不是必需的。

3.PBS

5′-UTR的PBS區(qū)殘基作為人類tRNALys RNA的結合位點、逆轉錄引物以及影響逆轉錄啟動的調節(jié)元件，在復制中發(fā)揮著關鍵作用?；诨瘜W和酶探測、計算機建模和誘變實驗，已經提出了多個PBS殘基的二級結構模型。

4. DIS

DIS通過分子間“親吻接觸”的形成促進二聚化，涉及GC豐富的回文環(huán)，如上所述，與編碼彼此互補的非自互補DIS環(huán)的質粒共同感染已被用于增強異二聚體RNA的包裝。盡管含有DIS的寡核苷酸能夠從“親吻”二聚體轉化為擴展雙鏈，但包含整個5′-UTR和gag編碼區(qū)前265個核苷酸的較大RNA似乎不會形成擴展雙鏈。破壞DIS結構的突變，或整個DIS干環(huán)的缺失，在體外抑制RNA二聚化，并導致基因組包裝和體內感染性的顯著降低。已預測GG凸起下方殘留物的多個二級結構。盡管DIS對基因組包裝很重要，但它似乎不會與NC蛋白高親和力結合。

5.SD

已確定分離的DIS發(fā)夾的三維結構，并已通過NMR方法確定其與NC的配合物，高親和力結合由NC的鋅指結構和GGUG四環(huán)中暴露的鳥苷之間的相互作用介導,破壞發(fā)夾下莖堿基配對的突變并不影響基因組的復制，這表明發(fā)夾在基因組包裝中不起作用。

6.Ψ

大多數(shù)證據表明，Ψ殘基預測的發(fā)夾結構在基因組包裝中起著重要作用，因此得名。含有Ψ發(fā)夾的5′-UTR片段能夠將外源RNA包裝成病毒樣顆粒，但這一發(fā)現(xiàn)尚未得到獨立驗證。Ψ發(fā)夾和下游富含GA的區(qū)域不僅需要用于包裝，還需要用于基因組二聚體。Ψ的缺失和旨在破壞莖環(huán)中堿基配對的突變已被報道導致基因組包裝的顯著減少，而代償性突變旨在恢復莖環(huán)中的堿基配對，并由不同的NC結合RNA片段完全替代Ψ，從而大大恢復了包裝效率。

7. AUG區(qū)

跨越gag起始密碼子（此處稱為AUG區(qū)）的殘基被提議采用許多不同的二級結構，早期核苷酸探測、誘變研究和自由能預測通常與圖3b所示的發(fā)夾結構一致。對AUG衍生寡核苷酸的研究表明，發(fā)夾結構含有一個不穩(wěn)定的莖和一個穩(wěn)定的GNRA四環(huán)（N：任何堿基；R：G或a），在自然界中經常發(fā)現(xiàn)GNRA四環(huán)參與遠程RNA-RNA相互作用，因此推測AUG的GNRA環(huán)可能與HIV-1 5′-UTR的其他部分相互作用。