胞嘧啶脱氨基酶APOBEC1研究进展
发布时间：2020-12-26 09:58
为全面理解载脂蛋白B mRNA（ApoB mRNA）编辑酶催化多肽-1（APOBEC1）的作用机制,介绍了APOBEC1和ApoB mRNA的蛋白及核酸序列,总结并绘制了APOBEC1与不同的辅助蛋白的结合模型,阐述了APOBEC1催化ApoB mRNA第6 666位的胞嘧啶(C6666)脱氨基化分子机制.列举了啮齿动物APOBEC1抑制多种逆转录病毒的研究报道,介绍了兔源APOBEC1结合人类免疫缺陷病毒1（HIV-1）的病毒粒子并编辑病毒基因组的机理.同时介绍了APOBEC1通过编辑胞嘧啶或与AU富集元件（ARE）结合来调控癌症等疾病相关的细胞因子表达.
【文章来源】：上海师范大学学报(自然科学版). 2020年02期
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
APOBEC1编辑ApoB mRNA的微观机制.（a)APOBEC1催化ApoB mRNA C6666脱氨基转化为U6666（该处的密码子CAA被突变为UAA，对应Apo100的Q2153被突变为Apo48的终止密码子）；（b)APOBEC1催化DNA/RNA胞嘧啶脱氨基化
重组APOBEC1蛋白和细胞提取物的研究均证明仅凭单独的APOBEC1尽管能介导单胞嘧啶的脱氨基化反应，但不足以在体内或体外催化ApoB mRNA C-to-U编辑[18-19]，需要与辅助蛋白APOBEC1互补因子（A1CF）或RNA结合模体蛋白-47(RBM47）形成有效的RNA编辑复合物[20-22].在ApoB mRNA的C-to-U编辑中，能被编辑的最小序列长26个核苷酸（nt)[23]，这段序列从有袋动物到人类都高度保守[24-25].除被编辑位点C6666外，该序列还包含ApoB mRNA的位点特异性脱氨所需的其他3个顺式作用元件[26-28].如图4所示，第一个元件是位于C6666下游的特异性结合序列（mooring sequence,11nt），特异性结合序列不可编辑[23,26,29]；第二个元件位于C6666和特异性结合序列之间的区域，称为间隔元件（spacer element,2～8 nt），最佳长度为4 nt[28]；第三个元件是富含AU的效率序列（efficiency sequence），位于C6666的上游，调节编辑反应的产量[30].1998年，RICHARDSON等[18]提出被编辑的胞嘧啶核苷C6666周围的保守序列元件形成茎-环二级结构，其中C6666位于八环中.1999年，HERSBERGER等[31]提出另一种二级结构，其中特异性结合序列和5"端的效率元件形成双链茎部，被编辑的胞苷位于单链区域而不是茎-环中.2005年，MARIS等[30]使用核磁光谱法解析了ApoB mRNA(31nt）的茎-环状结构，构建了APOBEC1互补因子（A1CF）与ApoB mRNA的识别模型，如图5(a）所示，首先A1CF识别并结合特异性识别序列，将茎部的双链结构解构象，破坏ApoB mRNA坚固的二级结构，使其展开并暴露出编辑位点C6666，随后APOBEC1得以靠近C6666并将其突变为U6666.2010年，GALLOWAY等[32]报道称A1CF可能以二聚体的形式参与ApoB mRNA编辑.2011年ZANTO等[33]认为二聚体A1CF在体外可能更容易稳定结合特异性识别的RNA序列，如图5(b）所示.根据FOSSAT等[4]构建的模型，如图5(c）所示，RBM47与APOBEC1及A1CF均有相互作用，RBM47的N端RNA识别模体（RRM）结合了ApoB mRNA特异性识别序列，A1CF与特异性识别序列的更下游结合，因为敲除A1CF不会对整个脱氨基模型产生影响.
研究表明来源于大鼠的APOBEC1能抑制HIV-1等外源性逆转录病毒的复制[34,38-39],IKEDA等[40]发现来自小型啮齿动物的几种APOBEC1以及兔源APOBEC1能够不受病毒感染因子（Vif）的影响，通过其C端与HIV-1 Gag蛋白核衣壳结构域的相互作用，掺入HIV-1病毒粒子中从而抑制HIV-1复制，如图6所示，其中兔源APOBEC1因能更有效地掺入HIV-1病毒粒子中而显示出最大抑制活性.抑制作用大部分依赖APOBEC1对病毒RNA的胞苷脱氨基化活性，及对HIV-1原病毒DNA的脱氨基活性，对脱氨基活性位点Glu63的突变不影响APOBEC1掺入病毒粒子，却导致兔源APOBEC1的HIV-1的抑制作用大部分丧失.遗憾的是，与啮齿动物APOBEC1氨基酸序列相似性高达70%的人源APOBEC1却几乎不能抑制HIV-1[38-42].为了发现参与APOBEC1识别病毒基因而抑制HIV-1感染的氨基酸序列，IKEDA等[5]构建了一系列兔源和人源APOBEC1的嵌合蛋白.结果显示：兔源APOBEC1在C端的一段亮氨酸富集区域以及2个二聚化结构域不仅能帮助APOBEC1结合到HIV-1病毒粒子中，同时参与了APOBEC1对病毒DNA以及RNA的脱氨基过程.其他因素，如蛋白质的正确折叠与修饰、各种细胞因子的参与等，是APOBEC1发挥最大抗HIV-1活性所必需的.在未来的研究中，全面地阐明APOBEC1对病毒DNA/RNA催化脱氨基化的分子机制，有利于完善APOBEC家族保护宿主免受逆转录病毒侵害的防御机制.尽管对APOBEC1抗逆转录病毒活性的研究已有很多，但近期一份针对APOBEC1缺陷小鼠的研究数据指出APOBEC1既不能限制急性FV(MLV病毒的一种）复制，也不能催化FV基因组突变[43]，这与早期的体外研究结果相悖[12,34].因此并非所有体外有效的逆转录病毒限制因子在体内都具有相关功能.基于某些限制因子，开发抗病毒策略可能为时过早，APOBEC1作为逆转录病毒限制因子是否具有生物意义，应该经过APOBEC1敲除的小鼠模型的筛选确定后才能进行深入的基础研究和转化研究[44].
本文编号：2939480
【文章来源】：上海师范大学学报(自然科学版). 2020年02期
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【部分图文】：
APOBEC1编辑ApoB mRNA的微观机制.（a)APOBEC1催化ApoB mRNA C6666脱氨基转化为U6666（该处的密码子CAA被突变为UAA，对应Apo100的Q2153被突变为Apo48的终止密码子）；（b)APOBEC1催化DNA/RNA胞嘧啶脱氨基化
重组APOBEC1蛋白和细胞提取物的研究均证明仅凭单独的APOBEC1尽管能介导单胞嘧啶的脱氨基化反应，但不足以在体内或体外催化ApoB mRNA C-to-U编辑[18-19]，需要与辅助蛋白APOBEC1互补因子（A1CF）或RNA结合模体蛋白-47(RBM47）形成有效的RNA编辑复合物[20-22].在ApoB mRNA的C-to-U编辑中，能被编辑的最小序列长26个核苷酸（nt)[23]，这段序列从有袋动物到人类都高度保守[24-25].除被编辑位点C6666外，该序列还包含ApoB mRNA的位点特异性脱氨所需的其他3个顺式作用元件[26-28].如图4所示，第一个元件是位于C6666下游的特异性结合序列（mooring sequence,11nt），特异性结合序列不可编辑[23,26,29]；第二个元件位于C6666和特异性结合序列之间的区域，称为间隔元件（spacer element,2～8 nt），最佳长度为4 nt[28]；第三个元件是富含AU的效率序列（efficiency sequence），位于C6666的上游，调节编辑反应的产量[30].1998年，RICHARDSON等[18]提出被编辑的胞嘧啶核苷C6666周围的保守序列元件形成茎-环二级结构，其中C6666位于八环中.1999年，HERSBERGER等[31]提出另一种二级结构，其中特异性结合序列和5"端的效率元件形成双链茎部，被编辑的胞苷位于单链区域而不是茎-环中.2005年，MARIS等[30]使用核磁光谱法解析了ApoB mRNA(31nt）的茎-环状结构，构建了APOBEC1互补因子（A1CF）与ApoB mRNA的识别模型，如图5(a）所示，首先A1CF识别并结合特异性识别序列，将茎部的双链结构解构象，破坏ApoB mRNA坚固的二级结构，使其展开并暴露出编辑位点C6666，随后APOBEC1得以靠近C6666并将其突变为U6666.2010年，GALLOWAY等[32]报道称A1CF可能以二聚体的形式参与ApoB mRNA编辑.2011年ZANTO等[33]认为二聚体A1CF在体外可能更容易稳定结合特异性识别的RNA序列，如图5(b）所示.根据FOSSAT等[4]构建的模型，如图5(c）所示，RBM47与APOBEC1及A1CF均有相互作用，RBM47的N端RNA识别模体（RRM）结合了ApoB mRNA特异性识别序列，A1CF与特异性识别序列的更下游结合，因为敲除A1CF不会对整个脱氨基模型产生影响.
研究表明来源于大鼠的APOBEC1能抑制HIV-1等外源性逆转录病毒的复制[34,38-39],IKEDA等[40]发现来自小型啮齿动物的几种APOBEC1以及兔源APOBEC1能够不受病毒感染因子（Vif）的影响，通过其C端与HIV-1 Gag蛋白核衣壳结构域的相互作用，掺入HIV-1病毒粒子中从而抑制HIV-1复制，如图6所示，其中兔源APOBEC1因能更有效地掺入HIV-1病毒粒子中而显示出最大抑制活性.抑制作用大部分依赖APOBEC1对病毒RNA的胞苷脱氨基化活性，及对HIV-1原病毒DNA的脱氨基活性，对脱氨基活性位点Glu63的突变不影响APOBEC1掺入病毒粒子，却导致兔源APOBEC1的HIV-1的抑制作用大部分丧失.遗憾的是，与啮齿动物APOBEC1氨基酸序列相似性高达70%的人源APOBEC1却几乎不能抑制HIV-1[38-42].为了发现参与APOBEC1识别病毒基因而抑制HIV-1感染的氨基酸序列，IKEDA等[5]构建了一系列兔源和人源APOBEC1的嵌合蛋白.结果显示：兔源APOBEC1在C端的一段亮氨酸富集区域以及2个二聚化结构域不仅能帮助APOBEC1结合到HIV-1病毒粒子中，同时参与了APOBEC1对病毒DNA以及RNA的脱氨基过程.其他因素，如蛋白质的正确折叠与修饰、各种细胞因子的参与等，是APOBEC1发挥最大抗HIV-1活性所必需的.在未来的研究中，全面地阐明APOBEC1对病毒DNA/RNA催化脱氨基化的分子机制，有利于完善APOBEC家族保护宿主免受逆转录病毒侵害的防御机制.尽管对APOBEC1抗逆转录病毒活性的研究已有很多，但近期一份针对APOBEC1缺陷小鼠的研究数据指出APOBEC1既不能限制急性FV(MLV病毒的一种）复制，也不能催化FV基因组突变[43]，这与早期的体外研究结果相悖[12,34].因此并非所有体外有效的逆转录病毒限制因子在体内都具有相关功能.基于某些限制因子，开发抗病毒策略可能为时过早，APOBEC1作为逆转录病毒限制因子是否具有生物意义，应该经过APOBEC1敲除的小鼠模型的筛选确定后才能进行深入的基础研究和转化研究[44].
本文编号：2939480
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