胞嘧啶脫氨基酶APOBEC1研究進(jìn)展
發(fā)布時間：2020-12-26 09:58
為全面理解載脂蛋白B mRNA（ApoB mRNA）編輯酶催化多肽-1（APOBEC1）的作用機(jī)制,介紹了APOBEC1和ApoB mRNA的蛋白及核酸序列,總結(jié)并繪制了APOBEC1與不同的輔助蛋白的結(jié)合模型,闡述了APOBEC1催化ApoB mRNA第6 666位的胞嘧啶(C6666)脫氨基化分子機(jī)制.列舉了嚙齒動物APOBEC1抑制多種逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究報道,介紹了兔源APOBEC1結(jié)合人類免疫缺陷病毒1（HIV-1）的病毒粒子并編輯病毒基因組的機(jī)理.同時介紹了APOBEC1通過編輯胞嘧啶或與AU富集元件（ARE）結(jié)合來調(diào)控癌癥等疾病相關(guān)的細(xì)胞因子表達(dá).
【文章來源】：上海師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020年02期
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
APOBEC1編輯ApoB mRNA的微觀機(jī)制.（a)APOBEC1催化ApoB mRNA C6666脫氨基轉(zhuǎn)化為U6666（該處的密碼子CAA被突變?yōu)閁AA，對應(yīng)Apo100的Q2153被突變?yōu)锳po48的終止密碼子）；（b)APOBEC1催化DNA/RNA胞嘧啶脫氨基化
重組APOBEC1蛋白和細(xì)胞提取物的研究均證明僅憑單獨的APOBEC1盡管能介導(dǎo)單胞嘧啶的脫氨基化反應(yīng)，但不足以在體內(nèi)或體外催化ApoB mRNA C-to-U編輯[18-19]，需要與輔助蛋白APOBEC1互補(bǔ)因子（A1CF）或RNA結(jié)合模體蛋白-47(RBM47）形成有效的RNA編輯復(fù)合物[20-22].在ApoB mRNA的C-to-U編輯中，能被編輯的最小序列長26個核苷酸（nt)[23]，這段序列從有袋動物到人類都高度保守[24-25].除被編輯位點C6666外，該序列還包含ApoB mRNA的位點特異性脫氨所需的其他3個順式作用元件[26-28].如圖4所示，第一個元件是位于C6666下游的特異性結(jié)合序列（mooring sequence,11nt），特異性結(jié)合序列不可編輯[23,26,29]；第二個元件位于C6666和特異性結(jié)合序列之間的區(qū)域，稱為間隔元件（spacer element,2～8 nt），最佳長度為4 nt[28]；第三個元件是富含AU的效率序列（efficiency sequence），位于C6666的上游，調(diào)節(jié)編輯反應(yīng)的產(chǎn)量[30].1998年，RICHARDSON等[18]提出被編輯的胞嘧啶核苷C6666周圍的保守序列元件形成莖-環(huán)二級結(jié)構(gòu)，其中C6666位于八環(huán)中.1999年，HERSBERGER等[31]提出另一種二級結(jié)構(gòu)，其中特異性結(jié)合序列和5"端的效率元件形成雙鏈莖部，被編輯的胞苷位于單鏈區(qū)域而不是莖-環(huán)中.2005年，MARIS等[30]使用核磁光譜法解析了ApoB mRNA(31nt）的莖-環(huán)狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了APOBEC1互補(bǔ)因子（A1CF）與ApoB mRNA的識別模型，如圖5(a）所示，首先A1CF識別并結(jié)合特異性識別序列，將莖部的雙鏈結(jié)構(gòu)解構(gòu)象，破壞ApoB mRNA堅固的二級結(jié)構(gòu)，使其展開并暴露出編輯位點C6666，隨后APOBEC1得以靠近C6666并將其突變?yōu)閁6666.2010年，GALLOWAY等[32]報道稱A1CF可能以二聚體的形式參與ApoB mRNA編輯.2011年ZANTO等[33]認(rèn)為二聚體A1CF在體外可能更容易穩(wěn)定結(jié)合特異性識別的RNA序列，如圖5(b）所示.根據(jù)FOSSAT等[4]構(gòu)建的模型，如圖5(c）所示，RBM47與APOBEC1及A1CF均有相互作用，RBM47的N端RNA識別模體（RRM）結(jié)合了ApoB mRNA特異性識別序列，A1CF與特異性識別序列的更下游結(jié)合，因為敲除A1CF不會對整個脫氨基模型產(chǎn)生影響.
研究表明來源于大鼠的APOBEC1能抑制HIV-1等外源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制[34,38-39],IKEDA等[40]發(fā)現(xiàn)來自小型嚙齒動物的幾種APOBEC1以及兔源APOBEC1能夠不受病毒感染因子（Vif）的影響，通過其C端與HIV-1 Gag蛋白核衣殼結(jié)構(gòu)域的相互作用，摻入HIV-1病毒粒子中從而抑制HIV-1復(fù)制，如圖6所示，其中兔源APOBEC1因能更有效地?fù)饺際IV-1病毒粒子中而顯示出最大抑制活性.抑制作用大部分依賴APOBEC1對病毒RNA的胞苷脫氨基化活性，及對HIV-1原病毒DNA的脫氨基活性，對脫氨基活性位點Glu63的突變不影響APOBEC1摻入病毒粒子，卻導(dǎo)致兔源APOBEC1的HIV-1的抑制作用大部分喪失.遺憾的是，與嚙齒動物APOBEC1氨基酸序列相似性高達(dá)70%的人源APOBEC1卻幾乎不能抑制HIV-1[38-42].為了發(fā)現(xiàn)參與APOBEC1識別病毒基因而抑制HIV-1感染的氨基酸序列，IKEDA等[5]構(gòu)建了一系列兔源和人源APOBEC1的嵌合蛋白.結(jié)果顯示：兔源APOBEC1在C端的一段亮氨酸富集區(qū)域以及2個二聚化結(jié)構(gòu)域不僅能幫助APOBEC1結(jié)合到HIV-1病毒粒子中，同時參與了APOBEC1對病毒DNA以及RNA的脫氨基過程.其他因素，如蛋白質(zhì)的正確折疊與修飾、各種細(xì)胞因子的參與等，是APOBEC1發(fā)揮最大抗HIV-1活性所必需的.在未來的研究中，全面地闡明APOBEC1對病毒DNA/RNA催化脫氨基化的分子機(jī)制，有利于完善APOBEC家族保護(hù)宿主免受逆轉(zhuǎn)錄病毒侵害的防御機(jī)制.盡管對APOBEC1抗逆轉(zhuǎn)錄病毒活性的研究已有很多，但近期一份針對APOBEC1缺陷小鼠的研究數(shù)據(jù)指出APOBEC1既不能限制急性FV(MLV病毒的一種）復(fù)制，也不能催化FV基因組突變[43]，這與早期的體外研究結(jié)果相悖[12,34].因此并非所有體外有效的逆轉(zhuǎn)錄病毒限制因子在體內(nèi)都具有相關(guān)功能.基于某些限制因子，開發(fā)抗病毒策略可能為時過早，APOBEC1作為逆轉(zhuǎn)錄病毒限制因子是否具有生物意義，應(yīng)該經(jīng)過APOBEC1敲除的小鼠模型的篩選確定后才能進(jìn)行深入的基礎(chǔ)研究和轉(zhuǎn)化研究[44].
本文編號：2939480
【文章來源】：上海師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020年02期
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
APOBEC1編輯ApoB mRNA的微觀機(jī)制.（a)APOBEC1催化ApoB mRNA C6666脫氨基轉(zhuǎn)化為U6666（該處的密碼子CAA被突變?yōu)閁AA，對應(yīng)Apo100的Q2153被突變?yōu)锳po48的終止密碼子）；（b)APOBEC1催化DNA/RNA胞嘧啶脫氨基化
重組APOBEC1蛋白和細(xì)胞提取物的研究均證明僅憑單獨的APOBEC1盡管能介導(dǎo)單胞嘧啶的脫氨基化反應(yīng)，但不足以在體內(nèi)或體外催化ApoB mRNA C-to-U編輯[18-19]，需要與輔助蛋白APOBEC1互補(bǔ)因子（A1CF）或RNA結(jié)合模體蛋白-47(RBM47）形成有效的RNA編輯復(fù)合物[20-22].在ApoB mRNA的C-to-U編輯中，能被編輯的最小序列長26個核苷酸（nt)[23]，這段序列從有袋動物到人類都高度保守[24-25].除被編輯位點C6666外，該序列還包含ApoB mRNA的位點特異性脫氨所需的其他3個順式作用元件[26-28].如圖4所示，第一個元件是位于C6666下游的特異性結(jié)合序列（mooring sequence,11nt），特異性結(jié)合序列不可編輯[23,26,29]；第二個元件位于C6666和特異性結(jié)合序列之間的區(qū)域，稱為間隔元件（spacer element,2～8 nt），最佳長度為4 nt[28]；第三個元件是富含AU的效率序列（efficiency sequence），位于C6666的上游，調(diào)節(jié)編輯反應(yīng)的產(chǎn)量[30].1998年，RICHARDSON等[18]提出被編輯的胞嘧啶核苷C6666周圍的保守序列元件形成莖-環(huán)二級結(jié)構(gòu)，其中C6666位于八環(huán)中.1999年，HERSBERGER等[31]提出另一種二級結(jié)構(gòu)，其中特異性結(jié)合序列和5"端的效率元件形成雙鏈莖部，被編輯的胞苷位于單鏈區(qū)域而不是莖-環(huán)中.2005年，MARIS等[30]使用核磁光譜法解析了ApoB mRNA(31nt）的莖-環(huán)狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了APOBEC1互補(bǔ)因子（A1CF）與ApoB mRNA的識別模型，如圖5(a）所示，首先A1CF識別并結(jié)合特異性識別序列，將莖部的雙鏈結(jié)構(gòu)解構(gòu)象，破壞ApoB mRNA堅固的二級結(jié)構(gòu)，使其展開并暴露出編輯位點C6666，隨后APOBEC1得以靠近C6666并將其突變?yōu)閁6666.2010年，GALLOWAY等[32]報道稱A1CF可能以二聚體的形式參與ApoB mRNA編輯.2011年ZANTO等[33]認(rèn)為二聚體A1CF在體外可能更容易穩(wěn)定結(jié)合特異性識別的RNA序列，如圖5(b）所示.根據(jù)FOSSAT等[4]構(gòu)建的模型，如圖5(c）所示，RBM47與APOBEC1及A1CF均有相互作用，RBM47的N端RNA識別模體（RRM）結(jié)合了ApoB mRNA特異性識別序列，A1CF與特異性識別序列的更下游結(jié)合，因為敲除A1CF不會對整個脫氨基模型產(chǎn)生影響.
研究表明來源于大鼠的APOBEC1能抑制HIV-1等外源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制[34,38-39],IKEDA等[40]發(fā)現(xiàn)來自小型嚙齒動物的幾種APOBEC1以及兔源APOBEC1能夠不受病毒感染因子（Vif）的影響，通過其C端與HIV-1 Gag蛋白核衣殼結(jié)構(gòu)域的相互作用，摻入HIV-1病毒粒子中從而抑制HIV-1復(fù)制，如圖6所示，其中兔源APOBEC1因能更有效地?fù)饺際IV-1病毒粒子中而顯示出最大抑制活性.抑制作用大部分依賴APOBEC1對病毒RNA的胞苷脫氨基化活性，及對HIV-1原病毒DNA的脫氨基活性，對脫氨基活性位點Glu63的突變不影響APOBEC1摻入病毒粒子，卻導(dǎo)致兔源APOBEC1的HIV-1的抑制作用大部分喪失.遺憾的是，與嚙齒動物APOBEC1氨基酸序列相似性高達(dá)70%的人源APOBEC1卻幾乎不能抑制HIV-1[38-42].為了發(fā)現(xiàn)參與APOBEC1識別病毒基因而抑制HIV-1感染的氨基酸序列，IKEDA等[5]構(gòu)建了一系列兔源和人源APOBEC1的嵌合蛋白.結(jié)果顯示：兔源APOBEC1在C端的一段亮氨酸富集區(qū)域以及2個二聚化結(jié)構(gòu)域不僅能幫助APOBEC1結(jié)合到HIV-1病毒粒子中，同時參與了APOBEC1對病毒DNA以及RNA的脫氨基過程.其他因素，如蛋白質(zhì)的正確折疊與修飾、各種細(xì)胞因子的參與等，是APOBEC1發(fā)揮最大抗HIV-1活性所必需的.在未來的研究中，全面地闡明APOBEC1對病毒DNA/RNA催化脫氨基化的分子機(jī)制，有利于完善APOBEC家族保護(hù)宿主免受逆轉(zhuǎn)錄病毒侵害的防御機(jī)制.盡管對APOBEC1抗逆轉(zhuǎn)錄病毒活性的研究已有很多，但近期一份針對APOBEC1缺陷小鼠的研究數(shù)據(jù)指出APOBEC1既不能限制急性FV(MLV病毒的一種）復(fù)制，也不能催化FV基因組突變[43]，這與早期的體外研究結(jié)果相悖[12,34].因此并非所有體外有效的逆轉(zhuǎn)錄病毒限制因子在體內(nèi)都具有相關(guān)功能.基于某些限制因子，開發(fā)抗病毒策略可能為時過早，APOBEC1作為逆轉(zhuǎn)錄病毒限制因子是否具有生物意義，應(yīng)該經(jīng)過APOBEC1敲除的小鼠模型的篩選確定后才能進(jìn)行深入的基礎(chǔ)研究和轉(zhuǎn)化研究[44].
本文編號：2939480
本文鏈接：http://sikaile.net/yixuelunwen/jichuyixue/2939480.html
最近更新
教材專著
