Введение
Белок и кодирующий ген у человека APOBEC3G (энзим редактирования аполипопротеина B мРНК, каталитическая подединица 3G) - это человеческий фермент, кодируемый геном APOBEC3G, который относится к суперсемейству белков APOBEC. Предполагается, что это семейство белков играет важную роль в врожденном антивирусном иммунитете. APOBEC3G относится к семейству цитидин-деаминаз, которые катализируют деаминацию цитидина в уредин в одноцепочечной ДНК-субстрате. APOBEC3G оказывает врожденную антиретровирусную иммунную активность против ретровирусов, в первую очередь ВИЧ, путем вмешательства в правильную репликацию. Однако, лентивирусы, такие как ВИЧ, эволюционировали в белок фактора вирусной инфективности (Vif), чтобы противодействовать этому эффекту. Vif взаимодействует с APOBEC3G и вызывает его убиквитинирование и деградацию через протеасомальный путь. С другой стороны, пенообразные вирусы производят аксессуарный белок Bet, который ухудшает цитоплазменную растворимость APOBEC3G. Эти два способа ингибирования отличаются друг от друга, но они могут заменять друг друга in vivo.
APOBEC3G (apolipoprotein B mRNA editing enzyme, catalytic subunit 3G) is a human enzyme encoded by the APOBEC3G gene that belongs to the APOBEC superfamily of proteins. This family of proteins has been suggested to play an important role in innate anti viral immunity. APOBEC3G belongs to the family of cytidine deaminases that catalyze the deamination of cytidine to uridine in the single stranded DNA substrate. APOBEC3G exerts innate antiretroviral immune activity against retroviruses, most notably HIV, by interfering with proper replication. However, lentiviruses such as HIV have evolved the Viral infectivity factor (Vif) protein in order to counteract this effect. Vif interacts with APOBEC3G and triggers the ubiquitination and degradation of APOBEC3G via the proteasomal pathway. On the other hand, foamy viruses produce an accessory protein Bet that impairs the cytoplasmic solubility of APOBEC3G. The two ways of inhibition are distinct from each other, but they can replace each other in vivo.
Открытие
Впервые его идентифицировали Jarmuz et al. В 2002 году он был выявлен как член семейства белков APOBEC3A до 3G на хромосоме 22, а позже также как клеточный фактор, способный ограничить репликацию ВИЧ 1, не имеющий вирусного аксессуарного белка Vif. Вскоре после этого было показано, что APOBEC3G принадлежит к семейству белков, сгруппированных вместе из-за их гомологии с цитидиновой деаминазой APOBEC1.
Структура
- Что? Удаленное изображение удалено: [[Файл:N терминальный каталитический домен. jpg 17thumb 17thumb 17thumb left 17thumb right=1 17thumb=APOBEC3G CD1 12thumb Рисунок 1: Структурная модель N-терминала [домена каталитической деаминазы] [APOBEC3G]. Координационные остатки цинка обозначены кругами, α-вертыльники - желтым, а β-цепи - розовым. Положение остатка D128 указано в предсказанной петле между β4 и α3. Каждый домен также имеет типичный мотив His/Cys X Glu X2328 Pro Cys X2 Cys для цитидиновых деаминаз. Однако, в отличие от типичных цитидиновых деаминаз, APOBEC3G содержит уникальную альфа-спираль между двумя бета-листами в каталитическом домене, которая может быть местом связывания кофактора. (Рисунок 1) CD2 каталитически активен и жизненно важен для деаминации и специфичности мотивов. CD1 каталитически неактивен, но очень важен для связывания с ДНК и РНК и является ключевым для определения процессивности 5 > 3 деаминации APOBEC3G. CD2 не имеет деаминазной активности без присутствия CD1. Нативный APOBEC3G состоит из мономеров, димеров, тримеров, тетрамеров и олигомеров более высокого порядка. Хотя считается, что APOBEC3G функционирует как димер, возможно, что он на самом деле функционирует как смесь мономеров и олигомеров. Кроме того, аминокислоты 128130 на APOBEC3G образуют отрицательно заряженный мотив, который имеет решающее значение для взаимодействия с Vif и образования комплексов APOBEC3G Vif. Кроме того, остатки 124 127 важны для инкапсидирования APOBEC3G в вирионы ВИЧ-1 и возникающей в результате антиретровирусной активности.
CD2 is catalytically active and vital for deamination and motif specificity. CD1 is catalytically inactive, but very important for binding to DNA and RNA and is key to defining the 5’ >3’ processivity of APOBEC3G deamination. CD2 has no deaminase activity without the presence of CD1. Native APOBEC3G is composed of monomers, dimers, trimers, tetramers, and higher order oligomers. While it is thought that APOBEC3G functions as a dimer, it is possible that it actually functions as a mix of monomers and oligomers. Additionally, amino acids 128–130 on APOBEC3G form a negatively charged motif that is critical for interactions with Vif and the formation of APOBEC3G Vif complexes. Furthermore, residues 124 127 are important for encapsidation of APOBEC3G into HIV 1 virions and the resulting antiretroviral activity.
Механизм действия
APOBEC3G широко изучался, и были выявлены несколько механизмов, которые негативно влияют на репликацию ВИЧ-1.
Деаминация и гипермутация цитидина
- Что? Удаленное изображение удалено: [[Файл:Предсказанный механизм деминации. jpg рядовой костяк рядовой костяк right right right=1 рядовой костяк alt=Potential mechanism рядовой костяк Рисунок 2: Механизм деаминации цитидина путем прямой нуклеофильной атаки в позиции 4 пиримидинового кольца. Этот механизм был предложен для бактериальной цитидиновой деаминазы, фермента, который показывает гомологию APOBEC1 и активированной деаминазы (AID) вблизи нуклеотидной или Zn2+ связывающей области. Поскольку APOBEC3G является частью суперсемейства APOBEC и действует как AID, вероятно, что механизм деаминации цитидина, опосредованный APOBEC3G, похож на механизм цитидиновой деаминазы E. coli, которая, как известно, является высокогомологичной APOBEC1 и AID вокруг области связывания нуклеотидов и цинка. Предполагаемая реакция деаминации вызвана прямым нуклеофильным нападением на позицию 4 цитидинового пиримидинового кольца координируемым цинком ферментом. Вода необходима как источник донора протонов, так и гидроксильной группы (рисунок 2). Деаминация (и в результате окисление) в положении 4 приводит к образованию карбонильной группы и изменению цитидина на уредин. Деаминационная активность в конечном итоге приводит к гипермутациям G→A в "горячих точках" провирусной ДНК. Такая гипермутация в конечном итоге разрушает кодирующую и репликационную способность вируса, в результате чего образуется много нежизнеспособных вирионов. APOBEC3G обладает гораздо более слабым противовирусным эффектом, когда его активное место мутировало до такой степени, что белок больше не может мутировать ретровирусную ДНК. Первоначально считалось, что деаминация, вызванная APOBEC3G, также может косвенно привести к деградации вирусной ДНК посредством систем восстановления ДНК, привлеченных к мутировавшим остаткам. Однако это было исключено, поскольку APOBEC3G у человека снижает уровни вирусной сДНК независимо от ферментов репарации ДНК UNG и SMUG1.
Вмешательство в обратную транскрипцию
APOBEC3G препятствует обратной транскрипции ВИЧ- 1 независимо от деаминации ДНК. tRNA3Lys обычно связывается с праймером ВИЧ 1, чтобы инициировать обратную транскрипцию. APOBEC3G может ингибировать примирование tRNA3Lys, тем самым негативно влияя на выработку вирусной ssDNA и инфекционную способность вируса. Инкапсидация APOBEC3G в вирионы ВИЧ- 1 очень важна для распространения APOBEC3G и усиления антиретровирусной активности. Внедрение APOBEC3G может происходить по крайней мере посредством следующих четырех предлагаемых механизмов (рис. 3): 1. Неспецифическая упаковка APOBEC3G 2. Взаимодействие APOBEC3G с РНК- хозяином 3. Взаимодействие APOBEC3G с вирусной РНК 4. Взаимодействие APOBEC3G с гемоглобинными белками ВИЧ 1. Только последние два механизма получили широкую поддержку. Количество, которое встраивается в вирионы, зависит от уровня экспрессии APOBEC3G в клетке, производящей вирион. Сюй и другие. В ходе исследования с использованием клеток PBMC было обнаружено, что при отсутствии Vif 7±4 молекулы APOBEC3G были включены в вирионы и привели к мощному ингибированию репликации ВИЧ-1. В дополнение к сдерживанию репликации экзогенных ретровирусов, A3G также действует на эндогенные ретровирусы человека, оставляя в них аналогичные сигнатуры гипермутаций.
Отношение к заболеванию
APOBEC3G экспрессируется в непермиссивных клетках и является ключевым ингибирующим фактором репликации и инфективности ВИЧ-1. В частности, Vif предотвращает включение APOBEC3G в вирусы ВИЧ-1 и способствует разрушению фермента независимо от всех других белков ВИЧ-1. Хотя APOBEC3G обычно изучался как жизненно важный белок, проявляющий мощные противовирусные эффекты на ВИЧ-1, недавние исследования выяснили потенциал мутация, опосредованная APOBEC3G, для содействия распространению ВИЧ-1. Количество дезаминаций в предпочтительных регионах варьируется от одного до многих, возможно, в зависимости от времени воздействия APOBEC3G. Было показано, что некоторые провирусы ВИЧ-1 с мутациями, вызванными APOBEC3G, процветают, потому что они несут слишком мало мутаций в горячих точках APOBEC3G или потому, что произошла рекомбинация между летальным провирусом с ограничением APOBEC3G и жизнеспособным провирусом. Такой сублетальный мутагенез способствует большему генетическому разнообразию среди популяции вируса ВИЧ-1, демонстрируя потенциал APOBEC3G для повышения способности ВИЧ-1 адаптироваться и распространяться.