HIV-1 Vif中与APOBEC3G和APOBEC3F功能相关的保守结构域的研究

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胞嘧啶脱氨酶APOBEC3G(或称A3G)和其他一些胞嘧啶脱氨酶例如APOBEC3F(或称A3F)都是有效的逆转录病毒抑制因子。人免疫缺陷病毒-1(HIV-1)需要存在于病毒粒子中的病毒感染子,即Vif(Virion infectivity factor)抑制人体内多种胞嘧啶脱氨酶的抗病毒作用才能获得感染能力。HIV-1 Vif蛋白抑制APOBEC3家族蛋白抗病毒功能的机制是相似的,即Vif蛋白通过结合Cullin5、ElonginB和ElonginC形成E3泛素连接酶复合体,从而导致靶蛋白APOBEC3家族蛋白被泛素化最终通过蛋白酶体系统将其降解。然而,介导HIV-1 Vif蛋白与胞嘧啶脱氨酶APOBEC3相互作用的蛋白结构域到目前为止尚不明确。本研究发现,HIV-1 Vif蛋白中含有一个VxIPLx4-5LxΦx2YwxL保守结构域。通过大量的实验研究,我们发现该结构域在介导Vif蛋白与APOBEC3的有效结合,由Vif介导的A3G蛋白降解,以及Vif对A3G抗病毒活性的抑制均起着十分重要的作用。该研究发现,由HIV-1 Vif蛋白的中52到72氨基酸残基序列构成的多肽片段(包含了VxIPLx4-5LxΦx2YWxL结构域)能有效的与A3G相互结合,然而对该多肽片段中两个疏水性氨基酸残基L64和I66进行突变后能破坏这种相互结合作用。我们还发现,当该结构域的某个氨基酸残基位点发生突变而导致Vif蛋白失去对A3G抗病毒功能的抑制作用时,该Vif蛋白仍然具有结合Cullin5-E3泛素复合体和A3G的能力。该结果提示,Vif与A3G的结合作用在其抑制A3G抗病毒作用中是必要但不充分的条件。与以往研究发现的HIV-1 Vif结构域中40到44氨基酸残基只抑制A3G的功能有所不同,该研究所发现的VxIPLx4-5LxΦx2YWxL结构域对Vif蛋白与A3G和A3F的结合以及功能抑制都十分重要。同时,我们还发现了另一个HIV-1 Vif蛋白结构域TG/PER/KxW,即74到79氨基酸残基,只对Vif与A3F的结合和功能抑制方面起重要作用,而对A3G的功能无明显影响。另外,Vif蛋白的N末端还存着一个保守的蛋白结构构域SLV/Ix4Yx9Y,即Vif蛋白23到40氨基酸残基区域。从1992年该被发现以来,人们对SLV/Ix4Yx9Y结构域的生物学功能仍不清楚。通过深入的研究,我们发现SLV/Ix4Yx9Y结构域在Vif蛋白抑制APOBEC3抗病毒作用中起着至关重要的作用。研究结果显示Vif蛋白的K26、Y30和Y40氨基酸残基对Vif介导的A3G的降解和功能抑制非常重要,而对APOBEC3家族另一主要成员A3F无明显影响。值得注意的是,在HIV和猿类免疫缺陷病毒(SIV)的Vif蛋白中,SLV/Ix4Yx9Y区域内的极性氨基酸残基K26总是高度保守,而且该氨基酸残基在Vif蛋白对A3G的功能抑制中非常重要,然而该氨基酸残基的突变不影响Vif对A3F的抑制能力。该研究还发现,Vif蛋白的S23、L24和V25三个氨基酸残基对介导Vif蛋白对A3F功能的抑制作用远远大于A3G,提示SLV/Ix4Yx9Y结构域中的SLV氨基酸残基是Vif介导对A3F功能抑制的主要位点。通过对Vif蛋白的氨基酸序列比对分析发现,Vif蛋白的结构域VxIPLx4-5LxΦx2YWxL、TG/PER/KxW和SLV/Ix4Yx9Y在HIV-1、HIV-2和SIV等病毒的Vif蛋白中均高度保守。我们的研究结果提示,灵长类慢病毒的Vif蛋白是通过这些保守的结构域识别宿主APOBEC3蛋白的。Vif蛋白这些保守的结构域为研制有效的抗HIV病毒的抑制剂提供了新的重要靶点。
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