猫宿主限制因子BST-2和BCA2抗病毒机制的研究
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猫宿主限制因子BST-2和BCA2抗病毒机制的研究
作为宿主限制因子,BST-2蛋白可以有效阻断HIV病毒和很多其他的包膜病
毒,如马尔堡病毒、SIV病毒、拉沙热和埃博拉病毒样颗粒从被感染的细胞的细
胞膜表面释放。在病毒复制的晚期阶段,BST-2蛋白会在被感染的细胞表面捕获
新生的病毒颗粒,防止病毒的释放,进一步促进病毒颗粒的内化并在核内体积累。
一些报道声称,人类BST-2蛋白的胞质结构域存在着的几个不同的功能。最
初报道了N末端胞质区融合HA标签的人BST-2上每个结构域的缺失都会导致其
抑制HIV-1病毒释放功能的严重损害。
最近的研究表明,与其他哺乳动物和非哺乳动物的同源物相比,猫的BST-2
蛋白具有非常短的N末端胞质区域。然而,猫BST-2第一个起始密码子ATG上游
包含的57个核苷酸序列,可能编码19个氨基酸(命名为f BST-2*肽),f BST-2*
肽与其他种属BST-2蛋白的N末端区域显示出很高的同源性。
天然的猫BST-2蛋白能够阻止FIV、HIV-1、HIV-2ROD10、SIVmac239和RD-114
病毒颗粒的出芽。含有较长N末端胞质同源物的人造猫BST-2*蛋白突变体则显
示出有限的抗病毒能力。
此外,绵羊BST-2蛋白A是两种绵羊BST-2蛋白同种型之一,也保留了比人类
BST-2蛋白短的胞质区域。有趣的是,这种较短的同种型被发现显示出比较长的
同种型更强的抗病毒活性。
Cocka和Bates的团队表示,从内部的第二个ATG起始密码子开始编码的,人
BST-2蛋白天然存在的突变体可以部分抵抗Vpu蛋白对其的拮抗作用。而我们团
队之前的研究表明,人BST-2蛋白的N末端胞内区并不是限制HIV-1病毒颗粒释
放所必需的,但对于诱导细胞内信号传导是非常重要的;在人BST-2蛋白N末端胞
质区或胞外区靠近GPI的区域插入HA标签,会导致BST-2抗病毒功能的下降,同
时也会影响其对NF-κB的活化功能。
基于这些观察,我们假设猫BST-2蛋白的较短的N末端胞质区域可能缺乏诱
导NF-κB活化的能力,HA标签也可能会危害猫BST-2的功能。在本研究中,我们
的结果提供证据表明,虽然猫BST-2与其他哺乳动物和非哺乳动物同源物相比具
有更短的N末端胞质区,但其仍然保留针对HIV-1和FIV假病毒颗粒释放的抗病
毒活性。
然而,丢失的氨基酸序列被证明具有介导NF-κB活化的能力。此外,HA标签
在猫BST-2蛋白上的不同位置的融合可以不同程度地损害其抗病毒活性。
N末端胞质区融合表达的HA标签和人造f BST-2*肽段的添加可能影响重组
的BST-2与脂质膜(如ER)的相互作用。这种细胞内运输的损伤减少了N末端标
记的f BST-2-NHA在细胞表面的定位,最终削弱了其抗病毒功能。
同时,两个N连接糖基化修饰位点的突变(f BST-2 N79/119A)大大降低了f
BST-2的抗病毒活性,但对单位点突变的突变体(f BST-2 N79和f BST-2 N119A)
的影响很小。重要的是,这些观察结果表明,f BST-2*肽是在进化过程中被淘汰的,
因为它的存在对野生型f BST-2的影响最小,甚至保持了激活NF-κB的能力。
虽然f BST-2的抗病毒功能、N连接糖基化修饰修饰和激活NF-κB的能力
可能是三个独立的生物功能,但其抗病毒活性与其细胞表面表达量有关。这些结
果为构建BST-2的结构功能模型提供了更多的细节和意义。
此外,这些发现突出了在生物分子的功能研究中选择标签位置的重要性。乳
腺癌相关基因2(BCA2蛋白)也称为无名指蛋白115(RNF115)或Rabring7,属于具
有无名指结构域的E3泛素连接酶家族,其在超过50%的浸润性乳腺癌细胞中过表
达,并且在体外实验中证实其与乳腺癌细胞的增殖相关。
BCA2蛋白的过表达会增加NIH3T3成纤维细胞的增殖,而用si RNA在表达
BCA2蛋白的乳腺癌细胞中沉默BCA2的表达后,可以抑制该细胞的生长。BCA2蛋
白具有自我泛素化活性,这种活性依赖于其C末端的环指结构域,并且BCA2蛋白
N末端的锌指(BZF)结构域中K26 K32赖氨酸的突变能够消除其泛素化活性。
同时,BCA2蛋白的E3连接酶活性已被证明是调节乳腺癌细胞迁移的重要因
素。虽然E3泛素连接酶可以在致癌过程中发挥积极作用这一观点已经广泛接受,
但是E3泛素连接酶相关的调节机理还未完全被了解。
另外,人类BCA2蛋白的抗病毒功能首先被鉴定为BST-2蛋白抗病毒的辅助因
子,BCA2蛋白的N末端与HIV-1和其他逆转录病毒Gag蛋白的Matrix区域物理
相互作用,并促进其泛素化,再被分配到溶酶体内室,最终被降解;并且BCA2蛋白
还能够通过抑制NF-κB的激活来限制HIV-1转录。然而,猫BCA2(f BCA2)是否
是E3泛素连接酶,并且是否有抑制病毒释放的能力并不清楚。
本实验中,f BCA2蛋白首先被鉴定为属于保守的E3泛素连接酶家族。f BCA2
蛋白的C末端的环指结构域对于其自我泛素化是必不可少的。
总体而言,这些结果表明,猫BCA2蛋白与人类BCA2蛋白的相似,具有自我泛
素化特征。这一特性可能在猫科动物乳腺癌中起重要作用,有助于在猫模型中研
究乳腺癌;也可能与BCA2的抗病毒功能相关,有助于对BCA2蛋白的抗病毒功能进
行进一步研究。
接着,我们研究了f BCA2对HIV-1的拮抗作用,以及h BCA2和f BCA2对于
FIV-ΔVif-ΔOrf A-ΔEnv-GFP假病毒的抗病毒功能。发现f BCA2抑制HIV-1
病毒释放的机制与h BCA2存在一些相同点和不同点。
相同点是:它们都能够降解HIV-1 Gag蛋白;也都能够通过抑制HIV-1对于
NF-κB的激活来抑制HIV-1的转录。不同点是h BCA2能够诱导HIV-1病毒颗粒
的溶酶体途径降解,而f BCA2没有这个功能。
另外,在研究BCA2对FIV-ΔVif-ΔOrf A-ΔEnv-GFP假病毒的抑制机理中,
我们发现与BCA2蛋白抑制HIV-1的机理也有些许不同:BCA2蛋白不能诱导FIV-
ΔVif-ΔOrf A-ΔEnv-GFP假病毒颗粒的溶酶体途径降解;BCA2蛋白也不能介导
FIV Gag蛋白的降解。然而,BCA2蛋白能够通过抑制FIV对于NF-κB的激活来抑
制FIV假病毒的转录。
这些研究结果表明,BCA2蛋白抗逆转录病毒的机制,可能主要是抑制病毒的
转录,而对于Gag蛋白的降解和诱导病毒颗粒的溶酶体途径降解都是其辅助功能。
另外,BCA2蛋白的环指结构域对于其降解HIV-1 Gag蛋白的功能是必需的,然而
环指结构域的突变体并没有完全失去抑制病毒转录的功能。
这些结果将有助于对BCA2抗病毒机制的理解,从而有助于建立研究HIV感染
的动物模型。总而言之,对猫免疫缺陷病毒及猫类宿主限制因子之间相互作用的
研究将为建立猫类HIV-1动物模型提供理论支持,具有理论和现实意义。