APOBEC3G - APOBEC3G
APOBEC3G (фермент редактирования мРНК аполипопротеина B, каталитический полипептидоподобный 3G) - это человеческий фермент, кодируемый геном APOBEC3G , который принадлежит к суперсемейству белков APOBEC . Было высказано предположение, что это семейство белков играет важную роль в врожденном противовирусном иммунитете . APOBEC3G принадлежит к семейству цитидиндезаминаз, которые катализируют дезаминирование цитидина до уридина в субстрате однонитевой ДНК. С-концевой домен A3G обеспечивает каталитическую активность, несколько ЯМР и кристаллических структур объясняют субстратную специфичность и каталитическую активность.
APOBEC3G проявляет врожденную антиретровирусную иммунную активность против ретровирусов , в первую очередь ВИЧ , путем вмешательства в правильную репликацию. Однако лентивирусы, такие как ВИЧ, развили белок фактора вирусной инфекционности (Vif), чтобы противодействовать этому эффекту. Vif взаимодействует с APOBEC3G и запускает убиквитинирование и деградацию APOBEC3G через протеасомный путь. С другой стороны, пенистые вирусы продуцируют дополнительный белок Bet ( P89873 ), который ухудшает цитоплазматическую растворимость APOBEC3G. Эти два способа ингибирования отличаются друг от друга, но они могут заменять друг друга in vivo .
Открытие
Впервые он был идентифицирован Jarmuz et al. как член семейства белков APOBEC3A-3G на хромосоме 22 в 2002 г., а позже также как клеточный фактор, способный ограничивать репликацию ВИЧ-1, лишенного вирусного вспомогательного белка Vif . Вскоре после этого было показано, что APOBEC3G принадлежит к семейству белков, сгруппированных вместе из-за их гомологии с цитидиндезаминазой APOBEC1 .
Структура
APOBEC3G имеет симметричную структуру, в результате чего образуются 2 гомологичных каталитических домена, N-концевой (CD1) и C-концевой (CD2) домены, каждый из которых содержит Zn2+
координационный сайт. Каждый домен также имеет типичный мотив His / Cys-X-Glu-X23-28-Pro-Cys-X2-Cys для цитидиндезаминаз. Однако, в отличие от типичных цитидиндезаминаз, APOBEC3G содержит уникальную альфа-спираль между двумя бета-листами в каталитическом домене, который может быть сайтом связывания кофактора . (Фигура 1)
CD2 является каталитически активным и жизненно важным для дезаминирования и специфичности мотива. CD1 каталитически неактивен, но очень важен для связывания с ДНК и РНК и является ключом к определению 5 '-> 3' процессивности дезаминирования APOBEC3G. CD2 не обладает дезаминазной активностью без CD1.
Собственный APOBEC3G состоит из мономеров , димеров , тримеров , тетрамеров и олигомеров более высокого порядка . Хотя считается, что APOBEC3G функционирует как димер, возможно, что он действительно функционирует как смесь мономеров и олигомеров.
Аминокислотный остаток D128 , который находится внутри CD1 (рис. 1), по-видимому, особенно важен для взаимодействий APOBEC3G с Vif, поскольку точечная мутация D128K предотвращает Vif-зависимое истощение APOBEC3G. Кроме того, аминокислоты 128-130 на APOBEC3G образуют отрицательно заряженный мотив, который имеет решающее значение для взаимодействий с Vif и образования комплексов APOBEC3G-Vif. Кроме того, остатки 124-127 важны для капсидирования из APOBEC3G в ВИЧ-1 вирионов и в результате антиретровирусной активностью.
Механизм действия
APOBEC3G был широко изучен, и было идентифицировано несколько механизмов, которые отрицательно влияют на репликацию ВИЧ-1.
Дезаминирование и гипермутация цитидина
APOBEC3G и другие белки того же семейства способны действовать как индуцированные активацией (цитидин) дезаминазы (AID). APOBEC3G препятствует обратной транскрипции , индуцируя многочисленные мутации от дезоксицитидина к дезоксиуридину в отрицательной цепи ДНК ВИЧ, экспрессируемой в основном как комплементарная ДНК (кДНК) 3 '-> 5'-процессным образом. Поскольку APOBEC3G является частью суперсемейства APOBEC и действует как AID, вполне вероятно, что механизм дезаминирования цитидина, опосредованный APOBEC3G, аналогичен механизму цитидиндезаминазы E. coli, которая, как известно, очень гомологична APOBEC1 и AID в нуклеотидная и цинк-связывающая область. Предсказанная реакция дезаминирования вызывается прямой нуклеофильной атакой на положение 4 цитидин- пиримидинового кольца координированным цинком ферментом. Вода необходима как источник донора как протонов, так и гидроксильных групп (рис. 2). Дезаминирование (и возникающее в результате окисление) в положении 4 дает карбонильную группу и приводит к замене цитидина на уридин.
Активность дезаминирования в конечном итоге приводит к гипермутации G → A в «горячих точках» провирусной ДНК. Такая гипермутация в конечном итоге разрушает кодирующую и репликативную способность вируса, в результате чего образуется много нежизнеспособных вирионов. APOBEC3G имеет гораздо более слабый противовирусный эффект, когда его активный сайт мутирован до такой степени, что белок больше не может мутировать ретровирусную ДНК. Первоначально считалось, что дезаминирование, опосредованное APOBEC3G, также может косвенно приводить к деградации вирусной ДНК системами репарации ДНК, привлекаемыми к мутированным остаткам. Однако это не принималось во внимание, поскольку человеческий APOBEC3G снижает уровни вирусной кДНК независимо от ферментов репарации ДНК UNG и SMUG1 .
Вмешательство в обратную транскрипцию
APOBEC3G препятствует обратной транскрипции ВИЧ-1 независимо от дезаминирования ДНК. тРНК 3Lys обычно связывается с сайтом связывания праймера ВИЧ-1, чтобы инициировать обратную транскрипцию. APOBEC3G может ингибировать прайминг тРНК3Lys, тем самым отрицательно влияя на продукцию вирусной оцДНК и инфекционность вируса. Предполагается, что на обратную транскрипцию также негативно влияет связывание APOBEC3G с вирусной РНК и вызывает стерические изменения.
Вмешательство в интеграцию вирусной ДНК
APOBEC3G был связан с вмешательством в интеграцию вирусной ДНК в геном хозяина в зависимости от функциональных каталитических доменов и активности дезаминазы. Mbisa et al. увидели, что APOBEC3G препятствует процессингу и удалению тРНК праймера из минус-цепи ДНК, что приводит к появлению аберрантных концов ДНК вирусных 3'- длинных концевых повторов (LTR). Эти концы вирусной ДНК являются неэффективными субстратами для интеграции и переноса плюс-цепи ДНК. В результате ингибируется образование провируса ВИЧ-1.
Биологическая функция
МРНК APOBEC3G экспрессируется в определенных клетках, называемых непермиссивными клетками, в которых ВИЧ-1 не может должным образом инфицировать и реплицироваться в отсутствие Vif. Такие клетки включают физиологически релевантные первичные CD4 Т-лимфоциты и макрофаги . Инкапсидация APOBEC3G в вирионы ВИЧ-1 очень важна для распространения APOBEC3G и проявления антиретровирусной активности. Инкапсидация APOBEC3G может происходить по крайней мере с помощью следующих четырех предложенных механизмов (Рисунок 3): 1. Неспецифическая упаковка APOBEC3G 2. Взаимодействие APOBEC3G с РНК хозяина 3. Взаимодействие APOBEC3G с вирусной РНК 4. Взаимодействие APOBEC3G с Gag ВИЧ-1 белки. Только два последних механизма получили широкую поддержку.
Количество, которое включается в вирионы, зависит от уровня экспрессии APOBEC3G в клетке, продуцирующей вирион. Xu et al. провели исследования с клетками PBMC и обнаружили, что в отсутствие Vif 7 ± 4 молекулы APOBEC3G были включены в вирионы и приводили к сильному ингибированию репликации ВИЧ-1.
Помимо сдерживания репликации экзогенных ретровирусов, A3G также действует на эндогенные ретровирусы человека , оставляя в них аналогичные признаки гипермутаций.
Актуальность болезни
APOBEC3G экспрессируется в непермиссивных клетках и является ключевым фактором ингибирования репликации и инфекционности ВИЧ-1. Однако Vif противодействует этому антиретровирусному фактору, позволяя продуцировать жизнеспособные и инфекционные вирионы ВИЧ-1 в присутствии активности APOBEC3G. В частности, Vif предотвращает включение APOBEC3G в вирионы ВИЧ-1 и способствует разрушению фермента независимо от всех других белков ВИЧ-1.
Хотя APOBEC3G обычно изучается как жизненно важный белок, проявляющий мощное противовирусное действие на ВИЧ-1, недавние исследования выявили потенциал мутации, опосредованной APOBEC3G, для облегчения распространения ВИЧ-1. Количество дезаминирований в предпочтительных областях варьируется от одного до многих, возможно, в зависимости от времени воздействия APOBEC3G. Кроме того, было показано, что существует доза-ответ между внутриклеточной концентрацией APOBEC3G и степенью гипермутации вируса. Было показано, что некоторые провирусы ВИЧ-1 с APOBEC3G-опосредованной мутацией процветают, потому что они несут слишком мало мутаций в горячих точках APOBEC3G или потому что произошла рекомбинация между летально ограниченным APOBEC3G провирусом и жизнеспособным провирусом. Такой сублетальный мутагенез способствует большему генетическому разнообразию среди популяции вируса ВИЧ-1, демонстрируя потенциал APOBEC3G для повышения способности ВИЧ-1 к адаптации и размножению.
использованная литература
внешние ссылки
- Расположение генома человека APOBEC3G и страница сведений о гене APOBEC3G в браузере генома UCSC .
дальнейшее чтение
- Prochnow C, Bransteitter R, Klein MG, Goodman MF, Chen XS (январь 2007 г.). «Кристаллическая структура APOBEC-2 и функциональные последствия для дезаминазы AID». Природа . 445 (7126): 447–51. Bibcode : 2007Natur.445..447P . DOI : 10,1038 / природа05492 . PMID 17187054 . S2CID 4394772 .
- Ивабу Ю., Киномото М., Тацуми М., Фудзита Х., Шимура М., Танака Ю. и др. (Ноябрь 2010 г.). «Дифференциальная анти-APOBEC3G активность белков Vif ВИЧ-1, происходящих из разных подтипов» . Журнал биологической химии . 285 (46): 35350–8. DOI : 10.1074 / jbc.M110.173286 . PMC 2975159 . PMID 20833716 .
