Nature子刊：美国东北大学发现A3G蛋白至少有两种途径阻碍HIV复制

美国东北大学等机构组成的一个研究团队在新研究中发现，A3G蛋白至少具有两种机制，通过这两种机制，它能阻碍HIV复制。这一发现为HIV带来新的突破。相关文章发表于2013年11月24日《Nature Chemistry》杂志上。

Nature子刊：美国东北大学发现A3G蛋白至少有两种途径阻碍HIV复制

APOBEC3G

众所周知，人体在应对病毒感染时，会制造出特异性抗体来对抗感染。然而，我们也有另外一种与生俱来的抗击感染的途径，那就是通过总是存在于我们系统中的防御蛋白的作用。这些蛋白提供了抗击入侵病原体的第一线防御。例如，因为我们有一个称为A3G的抗病毒蛋白，我们都能潜在地预防HIV。然而，HIV已经进化了一种策略，通过“诱使”我们的细胞破坏我们自己的A3G蛋白，来避免这种蛋白的作用。这就是Williams教授的研究开始的地方。

一个多功能蛋白

A3G沿着一条DNA链移动，其功能的一部分是作为一种酶，当它到达DNA四个碱基中的特定一个时，它以化学方法改变DNA，引起HIV变异。最初，这被认为是A3G阻止HIV感染的唯一途径。然而，一些研究者发现，即使当A3G不能以化学方法改变DNA时，它仍然能够抑制HIV。

为了解释这个现象，Williams教授的合作者，来自NIH的Judith Levin博士，连同博士后研究员Yasumasa Iwatani提出，A3G形成一个路障，阻止病毒复制其基因组的一个DNA拷贝，从而阻止HIV复制。这就需要A3G更慢的活动，然而，蛋白为了执行它的化学功能，通常快速移动，因此，这在实验结果上似乎有一个明显的矛盾。

Williams教授的研究解决了这个悖论，表明A3g蛋白并不总具有化学功能所需的快速移动能力。相反，它的活动随时间发生变化。Williams 说：“首先，A3G是一种真正的快蛋白。然后，渐渐地随着时间，它变成一种慢蛋白，仍然结合在DNA上，阻止复制。”

挑战传统观点

许多研究者怀疑，一种蛋白能同时具有酶和路障的功能。一种酶被设计成行动很快速， A3G蛋白开始起动时非常快速，然后逐渐慢下来，这样的想法似乎在生理上是不可能的。

Williams教授的合作者，明尼苏达大学的Ioulia Rouzina博士提出了新的想法：当A3G蛋白聚集在一起时，随着时间它们变的缓慢。为了验证这个想法，Williams实验室采用一种称为光镊子的仪器，这种仪器能使他们拉伸结合A3G蛋白的单个DNA分子。当蛋白从DNA上开始和脱离时，通过测量DNA长度随时间的变化，他们发现，A3G结合到DNA上的速度，随时间而减慢。

这是如何发生的?我们已经知道，A3G蛋白彼此结合在一起，构成一个多蛋白复合体。Williams说：“一旦这个复合物被构成，A3G蛋白再也不能按照DNA化学改变的需要，沿着DNA链快速移动，这表明，慢的结合也能阻碍HIV复制。”

对HIV研究的影响

A3G蛋白至少具有两种机制，通过这两种机制，它能阻碍HIV复制。A3G能够特别地为人体提供保护免受HIV感染，这个认识已经超过了十年。然而，发现一种能够反击病毒的抗A3G作用的药物，一直难以捉摸。

这项新研究对于发展HIV治疗的另一种方法和增强A3G的路障作用的药物开发具有很大的潜力。这为以前没有进行过的药物开发提供了另一种途径。

原文摘要：

Oligomerization transforms human APOBEC3Gfrom an efficient enzyme to a slowly dissociating nucleic acid-binding protein

Kathy R. Chaurasiya, Micah J. McCauley, Wei Wang, Dominic F. Qualley, Tiyun Wu, Shingo Kitamura, Hylkje Geertsema, Denise S. B. Chan, Amber Hertz, Yasumasa Iwatani, Judith G. Levin, Karin Musier-Forsyth, Ioulia Rouzina & Mark C. Williams

The human APOBEC3 proteins are a family of DNA-editing enzymes that play an important role in the innate immune response against retroviruses and retrotransposons. APOBEC3G is a member of this family that inhibits HIV-1 replication in the absence of the viral infectivity factor Vif. Inhibition of HIV replication occurs by both deamination of viral single-stranded DNA and a deamination-independent mechanism. Efficient deamination requires rapid binding to and dissociation from ssDNA. However, a relatively slow dissociation rate is required for the proposed deaminase-independent roadblock mechanism in which APOBEC3G binds the viral template strand and blocks reverse transcriptase-catalysed DNA elongation. Here, we show that APOBEC3G initially binds ssDNA with rapid on–off rates and subsequently converts to a slowly dissociating mode. In contrast, an oligomerization-deficient APOBEC3G mutant did not exhibit a slow off rate. We propose that catalytically active monomers or dimers slowly oligomerize on the viral genome and inhibit reverse transcription.