MxB抑制HIV-1的机制探讨

来源 :北京协和医学院中国医学科学院 北京协和医学院 中国医学科学院 清华大学医学部 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zkx713583
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病毒是一种严格的细胞内寄生物,受本身基因组大小的限制,缺少编码完成其自身复制所必须的生物合成以及代谢等机器,必须依赖宿主的组分进行复制。另一方面,宿主细胞编码了许多宿主限制因子来抑制病毒复制,从而维持自身的生存。目前对于宿主限制因子的研究中,针对HIV-1的研究较丰富,近年来已经发现多种对其有抑制作用的宿主限制因子,包括TRIM5α、TRIM22/Staf50、SAMHD1、p21/CDKN1、Tetherin/B ST-2/CD137、APOBEC3G、APOBEC3F、IFITM和MxB等。  其中,MxB(Myxovirus resistance protein B)是最近发现的能够抑制HIV-1的宿主限制因子。但目前对于MxB抑制HIV-1的机制,研究者们尚未达成一致:一些研究者发现, MxB主要通过其N端区域与HIV-1的衣壳蛋白(Capsid,CA)相互作用,在病毒的脱衣壳阶段发挥抗病毒功能。还有人证明,MxB是在HIV-1基因组入核或整合阶段发挥作用。此外,MxB抑制HIV-1可能也依赖于亲环素A(Cyclophilin A,CypA)、剪接和多聚腺苷酸化特异性因子6(Cleavage andpolyadenylation specific factor6,CPSF6)、核孔蛋白Nup153和核孔蛋白Nup358等细胞蛋白的介导。因此,对于MxB抑制HIV-1的具体机制还有待进一步研究。  MxB属于动力蛋白超家族成员,其氨基酸序列和同为宿主限制因子的该家族成员MxA的相似度达到63%,但是MxA并不具有抑制HIV-1的活性。为了研究MxB的抗病毒机制,我们根据MxB的结构域特征以及与MxA蛋白序列的差异,分别对MxB的N端25个氨基酸、GTPase结构域、Loop4区域和stalk结构域进行了序列和功能的突变。我们的结果发现,MxB的N端25个氨基酸以及负责其二聚化的stalk结构域中残基L661的突变导致了其抗HIV-1的功能缺失;其GTPase活性和Loop4区域对于其抗病毒功能没有影响,我们的这些结果与其他课题组发表的结果一致。随后,我们对MxB的N端25个氨基酸进行了进一步的分析:前人的研究表明,全长形式MxB蛋白定位在胞质及核孔的胞质面,并且在胞质中形成点状结构,具有抑制HIV-1的功能;而缺失了前25个氨基端的截短形式的MxB蛋白在胞质中呈弥散分布,并且不具有抑制HIV-1的功能。提示MxB蛋白的N端前25个氨基酸中存在决定其亚细胞定位及抗病毒功能的关键氨基酸。因而,我们对MxB N端前25个氨基酸中可能存在的核定位信号进行突变,试图寻找影响MxB亚细胞定位以及抗病毒功能的关键位点。此外,由于MxB具有核定位信号,但是它在细胞中并不定位在细胞核中,而且当用出核抑制剂LeptomycinB处理后,MxB蛋白在核内积累,提示MxB可能存在出核信号,该出核信号对于其在细胞中的定位以及抗病毒功能的贡献是我们研究的第二个方面。  首先,我们利用软件预测了MxB的前25个氨基酸中可能存在的经典的及非经典的核定位信号(Nuclear localization signal,NLS),并针对这些氨基酸构建了一系列突变体,寻找对其定位及抗病毒功能有影响的位点。结果发现,R11R12R13同时突变为A11A12A13之后,该突变体就不具有了抗HIV-1功能,定位实验发现此突变体的定位与野生型相似,这与同期Malim等人的研究结果一致,该位点为MxB结合HIV-1 CA的位点。另外,我们的结果发现MxB的R11R12R13、R19K20同时突变时,其定位发生了改变,提示这些位点是决定MxB在细胞中定位的关键氨基酸,而且功能实验表明其抗病毒的作用消失,但由于此突变体包括R11R12R13位点的突变,所以不能确定MxB的定位在其抗病毒功能中的重要性。  另一方面,我们利用在线预测工具对MxB中可能存在的出核信号(Nuclearexport signal,NES)进行预测,并对预测出的5段候选序列(51-68位氨基酸、98-123位氨基酸、199-223位氨基酸、374-389位氨基酸、505-527位氨基酸)进行了缺失分析。我们的结果表明,这5段序列的分别缺失并不能导致MxB定位在核中,提示经由软件预测得到的NES并不是负责MxB出核的序列,MxB另有其他的NES还是通过其他蛋白携带出核还有待进一步研究。令人意外的是,我们发现,缺失MxB505-527位氨基酸后其抗病毒作用消失,并且在细胞中的定位发生改变。由于505-527序列位于MxB蛋白的stalk区域,而stalk区域是负责MxB蛋白二聚化的结构域,我们检测了MxBdel505-527形成二聚体的能力,发现505-527位氨基酸的缺失影响MxB二聚体的形成。对该位点的进一步细化,我们发现MxB的M519位氨基酸对于其抗病毒功能是至关重要的。  我们的结果找到了MxB N端前25个氨基酸中决定其在细胞质中呈点状定位的关键氨基酸,及影响其抗病毒活性的关键氨基酸。另一方面找到了MxB stalk结构域中对于其抗病毒活性至关重要的新的氨基酸位点。这些结果为进一步阐明MxB抑制HIV-1的具体机制提供了重要线索。
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