APOBEC3G

APOBEC3G
Dostępne konstrukcje WPB Wyszukiwanie Human UniProt: Lista kodów identyfikacyjnych PDB
Identyfikatory
	, A3G, ARCD, ARP-9, ARP9, CEM-15, CEM15, MDS019, bK150C2.7, dJ494G10.1, apolipoproteina B enzym edytujący mRNA podjednostka katalityczna 3G Identyfikatory zewnętrzne Ontologia genów Funkcja molekularna
Komponent
komórkowy Proces biologiczny Źródła : Amigo / QuickGO
ortologi Gatunek Człowiek Mysz Entrez Ensembl UniProt RefSeq (mRNA) RefSeq (białko) Lokalizacja (UCSC) PubMed search
Wikidane
Wyświetl/edytuj Człowiek

APOBEC3G (enzym edytujący mRNA apolipoproteiny B, podjednostka katalityczna 3G) jest ludzkim enzymem kodowanym przez gen APOBEC3G , który należy do nadrodziny białek APOBEC . Sugeruje się, że ta rodzina białek odgrywa ważną rolę we wrodzonej odporności przeciwwirusowej . APOBEC3G należy do rodziny deaminaz cytydynowych, które katalizują deaminację cytydyny do urydyny w podłożu jednoniciowego DNA. C-końcowa domena A3G zapewnia aktywność katalityczną, kilka NMR i struktur krystalicznych wyjaśnia specyficzność substratu i aktywność katalityczną.

APOBEC3G wywiera wrodzoną przeciwretrowirusową aktywność immunologiczną przeciwko retrowirusom , w szczególności HIV , poprzez zakłócanie prawidłowej replikacji. Jednak lentiwirusy, takie jak HIV, wyewoluowały białko czynnika zakaźności wirusa (Vif), aby przeciwdziałać temu efektowi. Vif oddziałuje z APOBEC3G i wyzwala ubikwitynację i degradację APOBEC3G poprzez szlak proteasomalny. Z drugiej strony wirusy pieniste wytwarzają dodatkowe białko Bet (), które upośledza rozpuszczalność APOBEC3G w cytoplazmie. Te dwa sposoby hamowania różnią się od siebie, ale mogą się wzajemnie zastępować in vivo .

Odkrycie

Po raz pierwszy został zidentyfikowany przez Jarmuza i in. jako członek rodziny białek APOBEC3A do 3G na chromosomie 22 w 2002 r., a później także jako czynnik komórkowy zdolny do ograniczenia replikacji wirusa HIV-1 pozbawionego wirusowego białka pomocniczego Vif . Wkrótce potem wykazano, że APOBEC3G należy do rodziny białek zgrupowanych razem ze względu na ich homologię z deaminazą cytydyny APOBEC1 .

Struktura

APOBEC3G ma symetryczną strukturę, co daje 2 homologiczne domeny katalityczne , domeny N-końcowe (CD1) i C-końcowe (CD2), z których każda zawiera miejsce koordynacyjne Zn2 ⁺
. Każda domena ma również typowy motyw His / Cys-X-Glu-X23–28-Pro-Cys-X2-Cys dla deaminaz cytydynowych. Jednak w przeciwieństwie do typowych deaminaz cytydynowych, APOBEC3G zawiera unikalną helisę alfa między dwoma arkuszami beta w domenie katalitycznej, która może być miejscem wiązania kofaktora . (Rysunek 1)

CD2 jest aktywny katalitycznie i niezbędny do deaminacji i specyficzności motywu. CD1 jest katalitycznie nieaktywny, ale bardzo ważny dla wiązania się z DNA i RNA i jest kluczem do określenia procesowości 5'->3' deaminacji APOBEC3G. CD2 nie ma aktywności deaminazy bez obecności CD1.

Natywny APOBEC3G składa się z monomerów , dimerów , trimerów , tetramerów i oligomerów wyższego rzędu . Chociaż uważa się, że APOBEC3G działa jako dimer, możliwe jest, że faktycznie działa jako mieszanka monomerów i oligomerów.

aminokwasowa D128 , która leży w CD1 (ryc. 1), wydaje się być szczególnie ważna dla interakcji APOBEC3G z Vif, ponieważ mutacja punktowa D128K zapobiega zależnemu od Vif zubożeniu APOBEC3G. Dodatkowo aminokwasy 128–130 na APOBEC3G tworzą ujemnie naładowany motyw, który ma kluczowe znaczenie dla interakcji z Vif i tworzenia kompleksów APOBEC3G-Vif. Ponadto reszty 124-127 są ważne dla enkapsydacji APOBEC3G do wirionów HIV-1 i wynikającej z tego aktywności przeciwretrowirusowej.

Mechanizm akcji

APOBEC3G był szeroko badany i zidentyfikowano kilka mechanizmów, które negatywnie wpływają na replikację HIV-1.

Deaminacja i hipermutacja cytydyny

APOBEC3G i inne białka z tej samej rodziny mogą działać jako deaminazy indukowane aktywacją (cytydyna) (AID). APOBEC3G zakłóca odwrotną transkrypcję , indukując liczne mutacje dezoksycytydyny do dezoksyurydyny w nici ujemnej DNA HIV wyrażanej głównie jako komplementarny DNA (cDNA) w sposób procesowy 3'->5'. Ponieważ APOBEC3G jest częścią nadrodziny APOBEC i działa jako AID, jest prawdopodobne, że mechanizm deaminacji cytydyny, w którym pośredniczy APOBEC3G, jest podobny do mechanizmu deaminazy cytydyny E. coli, o której wiadomo, że jest wysoce homologiczny do APOBEC1 i AID wokół region wiążący nukleotyd i cynk. Przewidywana reakcja deaminacji jest napędzana przez bezpośredni nukleofilowy na pozycję 4 pierścienia cytydyny i pirymidyny przez enzym koordynowany cynkiem. Woda jest potrzebna jako źródło zarówno donorów protonów, jak i hydroksylowych (Rysunek 2). Deaminacja (i wynikające z niej utlenianie) w pozycji 4 daje grupę karbonylową i powoduje zmianę z cytydyny na urydynę.

Aktywność deaminacji ostatecznie skutkuje hipermutacjami G → A w „gorących punktach” prowirusowego DNA. Taka hipermutacja ostatecznie niszczy zdolność kodowania i replikacji wirusa, w wyniku czego powstaje wiele niezdolnych do życia wirionów. APOBEC3G ma znacznie słabsze działanie przeciwwirusowe, gdy jego miejsce aktywne zostało zmutowane do tego stopnia, że ​​białko nie może już mutować retrowirusowego DNA. Pierwotnie sądzono, że deaminacja za pośrednictwem APOBEC3G może również pośrednio prowadzić do degradacji wirusowego DNA przez systemy naprawy DNA przyciągane do zmutowanych reszt. Zostało to jednak zdyskontowane, ponieważ ludzki APOBEC3G zmniejsza poziomy wirusowego cDNA niezależnie od enzymów naprawy DNA UNG i SMUG1 .

Zakłócenia z odwrotną transkrypcją

APOBEC3G zakłóca odwrotną transkrypcję HIV-1 niezależnie od deaminacji DNA. tRNA 3Lys zazwyczaj wiąże się z miejscem wiązania startera HIV-1, aby zainicjować odwrotną transkrypcję. APOBEC3G może hamować priming tRNA3Lys, tym samym negatywnie wpływając na produkcję wirusowego ssDNA i zakaźność wirusa. Przewiduje się, że na odwrotną transkrypcję negatywnie wpływa również wiązanie APOBEC3G z wirusowym RNA i powodujące zmiany steryczne.

Zakłócenia integracji wirusowego DNA

APOBEC3G był związany z interferencją integracji wirusowego DNA z genomem gospodarza w sposób zależny od funkcjonalnych domen katalitycznych i aktywności deaminazy. Mbisa i in. zauważyli, że APOBEC3G zakłóca przetwarzanie i usuwanie startera tRNA z nici minus DNA, prowadząc w ten sposób do nieprawidłowych wirusowych końców 3' długiego powtórzenia końcowego (LTR) DNA. Te końce wirusowego DNA są nieefektywnymi substratami do integracji i transferu nici dodatniej DNA. W rezultacie tworzenie się prowirusa HIV-1 zostaje zahamowane.

Funkcja biologiczna

Kapsydacja HIV

Rycina 3: Cztery proponowane mechanizmy enkapsydacji APOBEC3G w wirionach HIV-1. Mechanizmy interakcji z wirusowym RNA i interakcji z białkami Gag zostały szeroko potwierdzone.

mRNA APOBEC3G ulega ekspresji w pewnych komórkach, określanych jako komórki niedopuszczalne, w których HIV-1 nie może prawidłowo infekować i replikować się pod nieobecność Vif. Takie komórki obejmują fizjologicznie istotne pierwotne limfocyty T CD4 i makrofagi . Kapsydowanie APOBEC3G do wirionów HIV-1 jest bardzo ważne dla rozprzestrzeniania się APOBEC3G i wywierania aktywności przeciwretrowirusowej. Kapsydowanie APOBEC3G może zachodzić przez co najmniej cztery następujące proponowane mechanizmy (Rysunek 3): 1. Niespecyficzne pakowanie APOBEC3G 2. Interakcja APOBEC3G z RNA gospodarza 3. Interakcja APOBEC3G z wirusowym RNA 4. Interakcja APOBEC3G z HIV-1 Gag białka. Tylko dwa ostatnie mechanizmy były obszernie obsługiwane.

Ilość włączana do wirionów zależy od poziomu ekspresji APOBEC3G w komórce wytwarzającej wirion. Xu i in. przeprowadzili badania z PBMC i stwierdzili, że pod nieobecność Vif 7 ± 4 cząsteczki APOBEC3G zostały włączone do wirionów, co spowodowało silne hamowanie replikacji HIV-1.

Oprócz powstrzymywania replikacji egzogennych retrowirusów, A3G działa również na ludzkie endogenne retrowirusy , pozostawiając w nich podobne sygnatury hipermutacji.

Znaczenie choroby

APOBEC3G ulega ekspresji w komórkach niepermisywnych i jest kluczowym czynnikiem hamującym replikację i zakaźność HIV-1. Jednak Vif przeciwdziała temu czynnikowi przeciwretrowirusowemu, umożliwiając wytwarzanie żywotnych i zakaźnych wirionów HIV-1 w obecności aktywności APOBEC3G. W szczególności Vif zapobiega włączaniu APOBEC3G do wirionów HIV-1 i promuje niszczenie enzymu w sposób niezależny od wszystkich innych białek HIV-1.

Podczas gdy APOBEC3G był zwykle badany jako niezbędne białko wykazujące silne działanie przeciwwirusowe na HIV-1, ostatnie badania wyjaśniły potencjał mutacji, w której pośredniczy APOBEC3G, w celu ułatwienia propagacji HIV-1. Liczba dezaminacji w preferowanych regionach waha się od jednego do wielu, prawdopodobnie w zależności od czasu ekspozycji na APOBEC3G. Dodatkowo wykazano, że istnieje zależność od dawki między wewnątrzkomórkowym stężeniem APOBEC3G a stopniem hipermutacji wirusowej. Wykazano, że niektóre prowirusy HIV-1 z mutacją, w której pośredniczy APOBEC3G, dobrze się rozwijają, ponieważ niosą zbyt mało mutacji w hotspotach APOBEC3G lub ponieważ wystąpiła rekombinacja między śmiertelnie ograniczonym prowirusem APOBEC3G a żywym prowirusem . Taka subletalna mutageneza przyczynia się do większej różnorodności genetycznej wśród populacji wirusa HIV-1, wykazując potencjał APOBEC3G do zwiększania zdolności HIV-1 do adaptacji i propagacji.

Linki zewnętrzne

• Lokalizacja ludzkiego genomu APOBEC3G i strona szczegółów genu APOBEC3G w przeglądarce genomu UCSC .

Dalsza lektura

•    Prochnow C, Bransteitter R, Klein MG, Goodman MF, Chen XS (styczeń 2007). „Struktura krystaliczna APOBEC-2 i implikacje funkcjonalne dla AID deaminazy”. Natura . 445 (7126): 447–51. Bibcode : 2007Natur.445..447P . doi : 10.1038/natura05492 . PMID 17187054 . S2CID 4394772 .
•    Iwabu Y, Kinomoto M, Tatsumi M, Fujita H, Shimura M, Tanaka Y i in. (listopad 2010). „Różnicowa aktywność anty-APOBEC3G białek HIV-1 Vif pochodzących z różnych podtypów” . Journal of Biological Chemistry . 285 (46): 35350–8. doi : 10.1074/jbc.M110.173286 . PMC 2975159 . PMID 20833716 .