Short peptides that contain the basic region of the HIV-1 Tat protein bind specifically to a bulged region in TAR RNA. A peptide that contained nine arginines (R 9 ) also bound specifically to TAR, and a mutant Tat protein that contained R 9 was fully active for transactivation. In contrast, a peptide that contained nine lysines (K 9 ) bound TAR poorly and the corresponding protein gave only marginal activity. By starting with the K 9 mutant and replacing lysine residues with arginines, a single arginine was identified that is required for specific binding and transactivation. Ethylation interference experiments suggest that this arginine contacts two adjacent phosphates at the RNA bulge. Model building suggests that the arginine η nitrogens and the ε nitrogen can form specific networks of hydrogen bonds with adjacent pairs of phosphates and that these arrangements are likely to occur near RNA loops and bulges and not within double-stranded A-form RNA. Thus, arginine side chains may be commonly used to recognize specific RNA structures.

Affinity tagging, mass spectroscopy and a tailor-made scoring system are used to identify 497 high-confidence interactions between human proteins and human immunodeficiency virus proteins. Nevan Krogan and colleagues report a global analysis of human proteins that interact with the 18 proteins expressed by HIV-1. Using affinity tagging and mass spectrometry combined with a new quantitative scoring system and a high level of validation by co-immunoprecipitation, they identify 497 HIV–human protein–protein interactions, providing new insights into host proteins that could play a part in HIV replication. Functional validation of a few of these hits revealed a number of new factors that inhibit HIV replication, including EIF3d, which is cleaved by HIV protease, and DESP and HEAT1, which interact with integrase and inhibit integration. Human immunodeficiency virus (HIV) has a small genome and therefore relies heavily on the host cellular machinery to replicate. Identifying which host proteins and complexes come into physical contact with the viral proteins is crucial for a comprehensive understanding of how HIV rewires the host’s cellular machinery during the course of infection. Here we report the use of affinity tagging and purification mass spectrometry1,2,3 to determine systematically the physical interactions of all 18 HIV-1 proteins and polyproteins with host proteins in two different human cell lines (HEK293 and Jurkat). Using a quantitative scoring system that we call MiST, we identified with high confidence 497 HIV–human protein–protein interactions involving 435 individual human proteins, with ∼40% of the interactions being identified in both cell types. We found that the host proteins hijacked by HIV, especially those found interacting in both cell types, are highly conserved across primates. We uncovered a number of host complexes targeted by viral proteins, including the finding that HIV protease cleaves eIF3d, a subunit of eukaryotic translation initiation factor 3. This host protein is one of eleven identified in this analysis that act to inhibit HIV replication. This data set facilitates a more comprehensive and detailed understanding of how the host machinery is manipulated during the course of HIV infection.

The messenger RNAs of human immunodeficiency virus-1 (HIV-1) have an RNA hairpin structure, TAR, at their 5′ ends that contains a six-nucleotide loop and a three-nucleotide bulge. The conformations of TAR RNA and of TAR with an arginine analog specifically bound at the binding site for the viral protein, Tat, were characterized by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Upon arginine binding, the bulge changes conformation, and essential nucleotides for binding, U23 and A27⋅U38, form a base-triple interaction that stabilizes arginine hydrogen bonding to G26 and phosphates. Specificity in the arginine-TAR interaction appears to be derived largely from the structure of the RNA.

The solution structure of a human immunodeficiency virus type-1 (HIV-1) Rev peptide bound to stem-loop IIB of the Rev response element (RRE) RNA was solved by nuclear magnetic resonance spectroscopy. The Rev peptide has an α-helical conformation and binds in the major groove of the RNA near a purine-rich internal loop. Several arginine side chains make base-specific contacts, and an asparagine residue contacts a G·A base pair. The phosphate backbone adjacent to a G·G base pair adopts an unusual structure that allows the peptide to access a widened major groove. The structure formed by the two purine-purine base pairs of the RRE creates a distinctive binding pocket that the peptide can use for specific recognition.

Research Article1 July 1991free access Endocytosis and targeting of exogenous HIV-1 Tat protein. D.A. Mann D.A. Mann Whitehead Institute for Biomedical Research, Cambridge, MA 02142. Search for more papers by this author A.D. Frankel A.D. Frankel Whitehead Institute for Biomedical Research, Cambridge, MA 02142. Search for more papers by this author D.A. Mann D.A. Mann Whitehead Institute for Biomedical Research, Cambridge, MA 02142. Search for more papers by this author A.D. Frankel A.D. Frankel Whitehead Institute for Biomedical Research, Cambridge, MA 02142. Search for more papers by this author Author Information D.A. Mann1 and A.D. Frankel1 1Whitehead Institute for Biomedical Research, Cambridge, MA 02142. The EMBO Journal (1991)10:1733-1739https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1991.tb07697.x PDFDownload PDF of article text and main figures. ToolsAdd to favoritesDownload CitationsTrack CitationsPermissions ShareFacebookTwitterLinked InMendeleyWechatReddit Figures & Info The human immunodeficiency virus-1 (HIV-1) Tat protein has previously been shown to transactivate the HIV-1-LTR when added exogenously to HeLa, H9 lymphocytic and U937 promonocytic cells growing in culture. Here we show that Tat enters these cells by adsorptive endocytosis. Tat appears to bind non-specifically to the cell surface, with greater than 10(7) sites per cell. A specific receptor was not detected by protein crosslinking experiments, and uptake was not affected by treating cells with trypsin, heparinase or neuraminidase. Uptake and transactivation could be inhibited by incubation with heparin, dextran sulfate, an anti-Tat monoclonal antibody, or by incubation at 4 degrees C. In contrast, transactivation by Tat was markedly stimulated by the addition of basic peptides, such as Tat 38–58 or protamine. Fluorescence experiments with rhodamine-conjugated Tat show punctate staining on the cell surface and then localization to the cytoplasm and nucleus. The lack of a specific receptor makes it unclear whether Tat uptake is biologically important in HIV infection, however, the efficiency of uptake raises the possibility that Tat may be useful for delivery of protein molecules into cells. Previous ArticleNext Article Volume 10Issue 71 July 1991In this issue RelatedDetailsLoading ...

Tat, the transactivating protein from HIV, forms a metal-linked dimer with metal ions bridging cysteine-rich regions from each monomer. This novel arrangement is distinct from the "zinc finger" domain observed in other eukaryotic regulatory proteins. Ultraviolet absorption spectra show that Tat binds two Zn 2+ or two Cd 2+ ions per monomer, and electrophoresis of the Tat-metal complexes demonstrates that the protein forms metal-linked dimers. Partial proteolysis and circular dichroism spectra suggest that metal binding has its primary effects in the cysteine-rich region and relatively little effect on the folding of other regions. These results suggest new directions for biological studies and new approaches to drug design.

The mechanism of Tat transactivation was studied by treating cell lines containing Tat-defective viruses with purified Tat protein. These cell lines constitutively produce very low levels of virus in the absence of Tat, as measured by p24 antigen levels. Virus production can be increased greater than 30,000-fold by adding exogenous Tat. Tat addition increases mRNA levels early in the viral life cycle, and Tat is required for Rev function to become evident. There is no evidence for a translational effect of Tat. Nuclear run-on experiments show that the increase in mRNA levels is due to an increased efficiency of elongation of nascent transcripts. These results suggest that Tat may be a gene-specific elongation factor.

The purified human immunodeficiency virus type-1 (HIV-1) Tat protein inhibited lymphocyte proliferation induced by tetanus toxoid or Candida antigens by 66 to 97% at nanomolar concentrations of Tat. In contrast, Tat did not cause a significant reduction of lymphocyte proliferation in response to mitogens such as phytohemagglutinin or pokeweed mitogen. Inhibition was blocked by oxidation of the cysteine-rich region of Tat or by incubation with an antibody to Tat before the assay. A synthetic Tat peptide (residues 1 to 58) also inhibited antigen-stimulated proliferation. Experiments with H9 and U937 cell lines showed that Tat can easily enter both lymphocytes and monocytes. The specific inhibition of antigen-induced lymphocyte proliferation by Tat mimics the effect seen with lymphocytes from HIV-infected individuals and suggests that Tat might directly contribute to the immunosuppression associated with HIV infection.

The nucleocapsid (N) protein of coronaviruses serves two major functions: compaction of the RNA genome in the virion and regulation of viral gene transcription. It is not clear how the N protein mediates such distinct functions. The N protein contains two RNA-binding domains surrounded by regions of intrinsic disorder. Phosphorylation of the central disordered region promotes the protein's transcriptional function, but the underlying mechanism is not known. Here, we show that the N protein of SARS-CoV-2, together with viral RNA, forms biomolecular condensates. Unmodified N protein forms partially ordered gel-like condensates and discrete 15-nm particles based on multivalent RNA-protein and protein-protein interactions. Phosphorylation reduces these interactions, generating a more liquid-like droplet. We propose that distinct oligomeric states support the two functions of the N protein: unmodified protein forms a structured oligomer that is suited for nucleocapsid assembly, and phosphorylated protein forms a liquid-like compartment for viral genome processing.