APOBEC家族介导天然抗病毒免疫的新型宿主细胞因子.pdf
《APOBEC家族介导天然抗病毒免疫的新型宿主细胞因子.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《APOBEC家族介导天然抗病毒免疫的新型宿主细胞因子.pdf(5页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、A P O B E C家族: 介导天然抗病毒免疫的新型宿主细胞因子 李卫中, 洪敏, 李琦涵* (中国医学科学院 中国协和医科大学 医学生物学研究所病毒免疫实验室,昆明6 5 0 1 1 8) 中图分类号: R 3 9 2 . 1 2 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 0 - 8 7 2 1 (2 0 0 6) 0 1 - 0 0 7 4 - 0 5 收稿日期: 2 0 0 5 - 0 6 - 0 9;修回日期:2 0 0 5 - 0 9 - 0 9 作者简介: 李卫中 (1 9 7 1 -) , 男, 河南焦作人, 在读博士研究生, 主要从事病毒分子生物学研究。E - m a i l
2、: LW Z H N 1 2 6 . c o m *通讯作者:李 琦 涵,研 究 员,博 士 生 导 师。T e l:8 6 - 8 7 1 - 8 3 3 5 9 0 5;E - m a i l:q i h a n l i 2 1 c n . c o m 天然免疫在机体抵御病毒感染的过程中发挥着重要的 功能。近年来, 一些介导天然免疫的新型宿主细胞因子陆续 被发现, 其中A P O B E C家族 (a p o l i p o p r o t e i nBm R N Ae d i t i n g e n z y m e - c a t a l y t i c p o l y p e p t
3、i d e f a m i l y, 载脂蛋白Bm R N A编辑 酶催化多肽家族) 作为一种具有独特抗病毒机制的蛋白质分 子, 越来越受到人们关注, 已成为生命科学研究的热点。它 们能够在D N A或R N A水平上改变病毒的遗传信息, 这一称 为编辑 (e d i t i n g) 的修饰和加工过程, 可以在多种病毒的基因 组或其逆转录产物中引入高频突变,进而诱导其降解、 干扰 其复制或者严重影响病毒蛋白的生物学功能。 A P O B E C家族抗病毒作用的发挥是通过脱氨基反应来 实现的。高等动物主要存在两种脱氨基类型: 一种由腺嘌呤 脱氨生成次黄嘌呤 (A I) , 另一种由胞嘧啶脱氨转
4、变为尿嘧 啶 (C U) 。这两个过程分别是由腺苷脱氨酶家族和胞嘧啶 脱氨酶家族(即A P O B E C家族) 介导完成的。比较而言, 后 者作用更为广泛, 功能更为重要, 其家族成员包括: 活化诱导 的脱氨酶 (a c t i v a t i o n - i n d u c e dd e a m i n a s e,A I D) 、A P O B E C 1、 A P O B E C 2、A P O B E C 3 AG等十余种。由于A I D分子主要 参与免疫球蛋白基因的类别转换 (c l a s s - s w i t c hr e c o m b i n a t i o n, C S
5、 R)和体细胞高频突变 (s o m a t i ch y p e r m u t a t i o n),所以它 与适应性免疫应答有密切关系, 此处不予赘述。其余 A P O B E C分子则对天然免疫应答的发生具有重要意义, 它们 在基因定位、 蛋白结构、 作用对象及作用方式等方面既有共 性, 又有区别。 1 A P O B E C 1分子 它是最早发现的A P O B E C家族成员, 其基因位于1 2号 染色体, 分子量约2 7 k D,表现出狭窄的组织特异性分布 (主 要在小肠表达) 。肠上皮内的A P O B E C 1通过将载脂蛋白B (a p o B)m R N A中第6 6 6
6、 6位的C变为U, 使得编码谷氨酰胺 的密码子C A A变为终止密码子U A A,产生截短的a p o B m R N A (A p o B 4 8) 。A p o B 4 8与肝特异性的全长载脂蛋白B (A p o B 1 0 0) 在脂类代谢中发挥不同的功能。 A P O B E C 1介导的CUR N A编辑发生于已经剪切和 加尾后的单链m R N A模板, 它要求在编辑位点附近存在一 个 3 0 n t的确定序列, 同时它还需要蛋白辅助因子以装配为 功能性的复合物 (即全酶或编辑体) 。象多数胞嘧啶脱氨酶 一样, A P O B E C 1以同源二聚体形式发挥功能,这是因为其 活性位点
7、是由两个单体分子共同组成的。A P O B E C 1与 R N A相互作用需要辅助蛋白, 已证明此蛋白为A P O B E C 1互 补因子 (A P O B E C 1 c o m p l e m e n t a t i o n f a c t o r,A C F) 1 。它是一 种广泛分布于人体组织的6 5 k D蛋白,一方面能够结合脱氨 酶, 另一方面能够结合R N A底物。因为A P O B E C 1主要定 位于胞浆, A C F定位于胞核, 所以A P O B E C 1与A C F相互作 用有利于它进行胞浆 胞核转移, 从而在核内发挥R N A 编辑功能。A P O B E C
8、 1的底物特异性受A C F控制, A C F专一 性地募集A P O B E C 1到达载脂蛋白Bm R N A的特异性位点。 只有过量A C F存在时, A P O B E C 1才能使其它m R N A脱氨 基, 这种情况能够引发转基因动物的肝细胞癌和发育异常等 疾病 2 。同样, 过度表达A P O B E C 1也会导致其它R N A分 子的异常编辑。迄今为止, 尚无资料显示人A P O B E C 1 (h A 1) 对病毒感染有抑制作用, 但来源于大鼠的A P O B E C 1 (r A 1) 却可以同时强烈抑制V i f缺陷型以及野生型H I V, 其 抗病毒作用主要通过使H
9、 I V的基因组R N A以及逆转录过 程中产生的负链D N A发生CU编辑、 进而改变病毒的基 因序列并影响相应蛋白的功能来实现 3 。造成h A 1和r A 1 这种抗病毒特性差异的原因目前还不清楚。 2 A P O B E C 3 G分子 2 . 1 A P O B E C 3 G的基因定位、 差异性表达及组织分布 A P O B E C 3 G由S h e e h y 4 等利用差减杂交的方法发现,又称 为C E M 1 5, 其基因定位于2 2号染色体长臂2 2 q 1 2 -q 1 3 . 2, 含有8个外显子和7个内含子,编码3 8 4个氨基酸。 A P O B E C 3 G只
10、存在于人体某些细胞中而在其它细胞中表达 很少或缺乏。不含A P O B E C 3 G的细胞称为允许 (p e r m i s s i v e) 细胞, H I V的V i f缺失株 ( V i fH I V) 和野生型H I V能够在 此类细胞中进行正常的复制和增殖。非允许 (n o n - p e r m i s - s i v e)细胞含有A P O B E C 3 G, 它不支持 V i fH I V在其中的复 制和增殖, 但野生型H I V却不受影响。允许细胞包括: S U P T 1、J u r k a t、2 9 3 T、U 9 3 7、H e L a、C O S、C 8 1 6
11、 6、C E M - S S等, 而外周血单核细胞 (P B M C) 、 巨噬细胞 (M ) 、 T细胞、H u t 6 8 和人T淋巴瘤细胞系C E M则属于非允许 (n o n - p e r m i s s i v e) 细胞。将外源基因A P O B E C 3 G转入允许细胞可以使其表现 第2 2卷第1期 2006年1月 病毒学报 C H I N E S EJ O U R N A LO FV I R O L O G Y V o l . 2 2N o . 1 J a n u a r y2006 出非允许细胞表型,这一结果提示: A P O B E C 3 G就是导致 V i fH I
12、 V在非允许细胞中不能产生感染性病毒的主要因 素,但其作用可以被存在于野生型病毒颗粒内的V i f蛋白抵 消。 A P O B E C 3 G的组织表达谱不同于A P O B E C 1, 它主要分 布于脾脏、 胰腺、 卵巢、 睾丸、 胸腺及外周血单个核细胞 ( P B M C) , 但在肌肉、 脑、 肾、 心等部位表达很少。总体而言, A P O B E C 3 G在人体中的分布与H I V易感染部位有相当大的 重叠性。与其它天然免疫抗病毒因子 (如腺苷脱氨酶、 R N a s e L、M x G T P酶、P K R) 不同,A P O B E C 3 Gm R N A和蛋白 质的合成不受
13、I型、型I F N及T N F 的影响 5 。此外, H I V感染也不能使其m R N A水平发生改变, 但用P M A (p h o r b o lm y r i s t a t e a c e t a t e,乙酰肉豆蔻佛波醇) 处理细胞可 使A P O B E C 3 G m R N A含量增加2 0倍。进一步研究发现 A P O B E C 3 G的表达明显受到P K CM E KE R K蛋白激酶级 联途径的调节。 2 . 2 A P O B E C 3 G在不同种属生物及不同人群的变异情况 通过对A P O B E C 3 G的序列进行分析, 陆续在非人灵长类 动物及小鼠体内找到
14、了一些A P O B E C 3 G的同源物, 但在酿 酒酵母、 果蝇和线虫等低等生物中未发现其匹配序列 4 , 这 表明A P O B E C 3 G这种天然免疫成分是随着进化过程逐渐产 生的。但小鼠细胞中的A P O B E C 3 G与人A P O B E C 3 G相比, 作用的病毒D N A靶序列不同 6 。人群中A P O B E C 3 G也存 在微小变异, A n等调查了A P O B E C 3 G基因在不同地域人群 中的单核苷酸多态性 (S N P) 及单元型, 发现它们在亚洲人、 欧洲人和非洲人中存在差异, 这种差异对不同人群中H I V - 1 感染过程和A I D S
15、疾病进程发挥了不同影响 7 。 2 . 3A P O B E C 3 G的 分 子 组 成 及 其 抗H I V机 理 A P O B E C 3 G与A P O B E C 1序列相似, 它们都具有保守的、 依 赖锌离子的胞嘧啶脱氨酶活性位点模体 (a c t i v e s i t em o t i f) , 其氨基酸组成为H - X - E - X 2 4 - 3 0- P - C - X - X - C,其中组氨酸 (H i s) 、 两个与锌离子结合的半胱氨酸 (C y s) 、 谷氨酸 (G l u) 至 关重要, 这四个氨基酸中的任何一个被替代都会造成其胞嘧 啶脱氨酶活性的完全丧
16、失 8,9 。所不同的是A P O B E C 3 G具 有两个活性位点而A P O B E C 1只有一个。此外, 这两种脱氨 酶的作用特点则有所不同: A P O B E C 1作用于R N A; 它只是 对靶序列 (即载脂蛋白Bm R N A) 中的单个胞嘧啶位点进行 脱氨; 其作用部位覆盖了2 0 3 0 n t的一段区域, 该区域由靶 位点C、 一个能与A P O B E C 1结合的茎环结构 U U U N(AU) U 及其下游的1 1 n t的系留序列 (m o o r i n gs e q u e n c e) 组成。 A P O B E C 3 G则相反, 它作用于H I V
17、在逆转录过程中合成的 单股负链D N A; 而且其功能更加强大, 可以使序列中1 2 % 的C脱氨转变为U; A P O B E C 3 G具有中等强度的序列特异 性, 倾向于在某些热点区域 (h o t s p o t) 发挥功能, 因其偏爱序 列为5 - P y - C - C *(指负链D N A, P y 代表A或T,*号代表 脱氨基部位) , 所以在病毒基因组R N A及正链D N A中就会 造成GA高频突变。 V i fH I V在非允许细胞中复制的晚期,细胞内的 A P O B E C 3 G可以被包装入病毒粒子。该病毒粒子感染新的 细胞,进入下一轮复制周期后,A P O B E
18、 C 3 G发挥其功能。 但它并不作用于病毒基因组R N A, 而是作用于逆转录合成 的负链D N A,将C脱氨基转变为U。CU的转变进一步 引发如下三种不同的后续反应: (1)逆转录酶复合物的 R N a s eH活性降解R N A - D N A杂交体中的R N A,形成含有 U的单链c D N A,被尿嘧啶D N A糖苷酶 (u r a c i l - D N Ag l y c o - s y l a s e,U D G) 识别并移去U,产生无嘌呤嘧啶的位点 (A P位 点) , 再被D N A碱基切除修复酶 (核酸内切酶) 作用,导致 D N A降解 1 0,1 1 ; (2)在负链c
19、 D N A中掺入U可以干扰正链 合成的起始 1 2 ; (3)如果逆转录过程能够以较低的效率成 功地完成, 双链D N A就会插入宿主基因组中, 负链中大量的 C U突变就会导致正链中出现大量GA突变, 以至于不 能编码功能性的病毒蛋白,或者因为提前形成终止密码子 而产生截短的无功能产物。还不清楚A P O B E C 3 G的脱氨酶 活性是否是抑制H I V复制的唯一决定因素。尽管两个报道 显示: A P O B E C 3 G的两个胞嘧啶脱氨酶活性位点的任何一 个突变都能降低其脱氨酶活性和抗病毒功能 1 3,1 4 , 但最近 另一项研究则称: A P O B E C 3 G分子中位于C
20、末端的活性位 点的点突变虽然几乎完全剥夺了A P O B E C 3 G的抗病毒功 能, 但它仍然保留了相当水平的脱氨酶活性。这表明 A P O B E C 3 G的脱氨酶活性对于调控H I V的感染性是必要 的, 但并不完全决定其抗病毒功能 1 5 。A P O B E C 3 G作用于 单股负链D N A的特性对于其抗病毒活性而言似乎是理想 的, 因为它靶向于病毒复制的关键时刻。此时病毒的D N A 由于不是双链结构, 所以无法利用互补链进行修复。由此可 见, A P O B E C 3 G具有新颖而独特的抗H I V方式。 2 . 4 A P O B E C 3 G包装入病毒粒子的分子机
21、制 值得注意 的是, A P O B E C 3 G的抗病毒活性只有在其被包装到病毒粒 子中以后才能表现出来。人们观察到A P O B E C 3 G在靶细胞 中的表达并未导致 V i fH I V在第一轮复制过程中发生高频 突变, 释放出来病毒量也与正常水平相似, 只有当病毒再次 进入靶细胞后, 其增殖过程才会受到明显损害 1 6,1 7 。由此 可见, A P O B E C 3 G的正确定位对于其功能发挥有重要影响, 据推测, 这是为了确保A P O B E C 3 G与新生的c D N A及逆转 录复合物密切地接触 1 8 。 一个关键问题是:A P O B E C 3 G是如何包装到
22、病毒粒子 中的?至今人们对其包装机制还不是十分了解。这是因为 A P O B E C 3 G能包装到多种不同的病毒粒子中, 如H I V - 1、 S I V、 小鼠白血病病毒 (M L V) 、 马传染性贫血病毒 (E I A V) 等, 而这些病毒的R N A及蛋白组成差异较大, 缺乏一致性序 列或共有组分供A P O B E C 3 G利用以进入不同病毒颗粒内。 但是另一方面, 某些蛋白决定簇, 如核衣壳 (N C) 中的锌指模 体或逆转录酶中的Y X D D催化结构域在不同的逆转录病毒 相对保守且为病毒复制所必需, 因此, 理论上讲这些元件可 能会提供潜在的结合位点供A P O B E
23、 C 3 G包装利用 1 9 。C e n 等发现A P O B E C 3 G掺入病毒粒子不依赖病毒基因组R N A, 在细胞中表达G a g足以将A P O B E C 3 G包裹到G a g病毒样颗 57 1期 李卫中等: A P O B E C家族: 介导天然抗病毒免疫的新型宿主细胞因子 粒 (V L P) 中,G a g可与A P O B E C 3 G发生直接作用而不需要 R N A桥 2 0 。T i m o t h y等也证实, 与G a g中的核衣壳区 (N C) 结合能确保A P O B E C 3 G集中于成熟H I V - 1的核心, 使其与 逆转录复合物紧密靠近 1
24、8 。来自于S v a r o v s k a i a等的研究资 料却表明: H I V的调节蛋白T a t、R e v、V i f、V p r、V p u、N e f以及 G a g的任何一种组分 (M A、 C A、P 2、N C、P 1、P 6) 或P o l蛋白对 于A P O B E C 3 G掺入病毒粒子都是非必需的,是H I V基因组 R N A及宿主细胞R N A与A P O B E C 3 G的结合及相互作用导 致了它的特异性和非特异性包装 1 9 。A P O B E C 3 G的底物是 单链D N A,但它却能结合R N A, 这可能是由于它具有两个 锌指模体所致。最近的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- APOBEC 家族 天然 抗病毒 免疫 新型 宿主 细胞因子
![提示](https://www.31doc.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31doc.com/p-3645202.html