Nef在激活环中在Tyr处诱导Btk自磷酸化。每个激酶反应均在单独使用Btk或在HIV-1Nef野生型(WT)、PxxP到AxxA突变体(2PA)、SIVNef或野生型Nef加1Mibrutinib作为阴性对照的情况下进行。如图所示,对在0、30、60和分钟收集的等分试样进行免疫印迹。(A)激活环中Tyr的Btk磷酸化(pTyr;左)和使用针对与BtkC末端融合的His标签的抗体的Btk蛋白水平的代表性免疫印迹(右)。(B)Btk自磷酸化的免疫反应带强度归一化为Btk蛋白水平(pTyr/Btk蛋白质比率)进行2次独立实验。使用Odyssey红外成像系统对波段强度进行量化。学分:科学信号()。DOI:10./scisignal.abn
HIV大流行40多年后,科学家们仍在寻找线索,揭示病毒如何劫持宿主的细胞过程以支持其自身复制,并促进病毒本身的长期生存。
由匹兹堡大学的研究人员领导的一项新研究确定了一种名为Nef的HIV蛋白如何激活宿主细胞中病毒复制所必需的酶活性。
Nef是HIV-1和其他免疫缺陷病毒中的一种附属蛋白,虽然在试管试验中对病毒在细胞中的复制来说是可有可无的,但在活体试验中对病毒复制和致病作用来说却是非常关键的。现在,研究人员发现了解释Nef对入侵病毒的重要性的一个可能的机制。Nef通过与CD40L受体信号通道发生相互作用,使得休眠的T-淋巴细胞对HIV-1感染放任不管。Nef蛋白可能会通过创建一个持久的病毒库而大大增强HIV-1的致病能力。
“病毒通过破坏宿主信号通路来确保成功复制,”匹兹堡大学医学院微生物学和分子遗传学系的ManishAryal博士写道。“病毒HIV-1和SIV[猿猴免疫缺陷病毒]产生的Nef蛋白通过诱导宿主细胞酪氨酸激酶的组成型激活部分驱动病毒的有效复制。”
HIV-1是导致艾滋病的病原体,并继续助长正在进行的全球流行病。SIV是一种感染非人类灵长类动物的相关感染因子。
与此同时,酪氨酸激酶是对细胞功能至关重要的酶,尤其是作为信号分子参与发生在整个细胞中的复杂信息传递。酪氨酸激酶有整个家族,其中之一是Tec家族。这些激酶参与细胞因子受体、G蛋白偶联受体、淋巴细胞表面抗原和整合素分子的细胞内信号传导机制。它们也是调节免疫细胞功能的关键参与者。
Src家族是另一组酪氨酸激酶。成员是非受体酪氨酸激酶,通常与细胞膜相关,并作为关键的信号传导媒介,调节细胞分化、增殖、迁移、代谢和细胞凋亡等过程。
总体而言,酪氨酸激酶可以将磷酸基团从能量分子三磷酸腺苷(ATP)转移到细胞内特定蛋白质的酪氨酸残基上。无论是哪个家族,它们都非常重要,因为它们在众多细胞功能中充当“开”和“关”开关。由于它们无处不在且对细胞功能的重要性,HIV已经找到了一种绕过酪氨酸激酶以发挥其自身繁殖优势的方法。
匹兹堡团队与爱荷华大学的研究人员合作在《科学信号》杂志上发表文章,揭示了HIV的Nef蛋白如何激活Btk[布鲁顿酪氨酸激酶]酶,该酶对HIV复制至关重要。Nef促进Btk的结构变化,从而有效地将酶置于HIV的控制之下。它通过稳定称为SH3-SH2结构域的分子间复合物来完成这项任务。在稳定这个域后,Btk酶处于HIV的控制之下,并执行有利于病毒而不是宿主细胞的任务。
HIV-Btk相互作用的机制不同于Btk在健康细胞中的激活方式。HIV的Nef蛋白也有一个单独的手册来激活Src家族的酶。但这里的主要信息是:HIV-Btk相互作用构成了一种以前未被认识的Tec家族酶调节模式,并表明HIV的Nef蛋白可以通过独立的机制诱导酪氨酸激酶活化。
“HIV-1的Nef蛋白进化出独特的机制来激活Src和Tec家族酪氨酸激酶以增强病毒复制,”Aryal指出。
尽管这些发现开辟了新的科学领域,但它们强调了一个看似简单的观点:一般而言,病毒需要数百万年的进化才能完善其超越细胞分子机制的技能。对于像Aryal和其他人这样的研究人员来说,破译病毒用来维持自身和作为病原体繁衍的大量肮脏伎俩是一项艰苦的工作。匹兹堡领导的研究增加了越来越多的HIV数据目录,这些数据在过去40年中不断增加,而且还在不断增长。
HIV,即人类免疫缺陷病毒,是一种逆转录病毒,其遗传物质由RNA组成。而且因为它被定义为一种逆转录病毒,这意味着HIV配备了一种称为逆转录酶或RNA依赖性DNA聚合酶的酶。该酶使病毒能够通过逆转录酶合成DNA双螺旋结构,从而将其RNA转化为DNA。这种狡猾的病毒几乎就像魔法一样,使其遗传物质与其宿主的遗传物质一样:双链DNA。
这种非凡的特性使病毒能够在宿主细胞中复制大量自身。尽管这一壮举看起来很了不起,但它并不是艾滋病毒的唯一分子特征,使其成为全球传染性威胁。该病毒可以在可能持续数年的潜伏期中隐藏起来。因此,正如Aryal及其同事发现的那样,它操纵酪氨酸激酶的能力应该不足为奇。
Aryal和他的团队在他们的研究中得出结论,HIV产生的Nef蛋白通过多种机制促进病毒复制和疾病进展,这表明抑制这种蛋白可能是控制受感染个体疾病的有效策略。
其他研究
美国密歇根大学(U-M)内科医学和微生物与免疫学教授凯瑟琳-柯林斯(KathleenCollins)博士发现,HIV利用Nef来逃避人体的免疫系统,通过覆盖细胞表面一种蛋白质的功能,让免疫细胞知道该细胞已被感染并需要消除。通过禁用这种被称为MHC-I的蛋白质,受感染的细胞就能增殖。
研究人员已经成功地获得了Nef-CD4和AP-2之间的三维结构,显示了接触面,并使其他研究成为可能,这些研究旨在产生一种占据这一空间的分子,从而阻止蛋白质的作用。
目前的研究旨在确定是否有一种美国食品和药物管理局(FDA)批准的药物或分子已经上市,可以覆盖Nef,恢复MHC-I的功能,并允许人体自身的免疫系统,特别是被称为细胞毒性T淋巴细胞的细胞,识别HIV感染细胞并消灭它们。
该团队确定,一种名为concanamycinA的plei