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1 HIV的组分、结构及各蛋白功能

Dec 22, 2008 1 Comment

二 HIV生物学特性 

1 HIV的组分、结构及各蛋白功能

在人体细胞之外,HIV病毒以一种类似球状颗粒(也称为毒粒)的形式存在,其表面布满了尖刺状结构。一个HIV颗粒直径大约有10-15个亿分之一米,这相当于0.1微米,是大肠杆菌长度的二十分之一,是人类CD4+白细胞直径的七分之一。因此,采用普通的光学显微镜难以观察HIV病毒颗粒,而采用电子显微镜则能清楚地观察到。

整合的HIV也叫前病毒,它大约有9800个碱基,在它两端是名为长末端重复序列(LTR)的结构。HIV的基因处于前病毒DNA的中部,一共有9个,编码至少9种蛋白。

这些蛋白可分为三组: 

1.1 结构蛋白

1.11 Gag

gag基因编码55kD的Gag前体蛋白,也称作p55蛋白。Gag在翻译表达时,N端被豆蔻酰化修饰,促使它与细胞膜胞质那一面结合。结合到膜上的Gag多聚蛋白招募两个拷贝的病毒基因组RNA与其它的病毒、细胞蛋白,共同触发病毒颗粒从感染的细胞表面出芽分泌。出芽后,Gag被病毒编码的蛋白酶切割成四种更小的蛋白:MA(基质蛋白,也称p17)、CA(衣壳蛋白,也称p24)、NC(核衣壳蛋白,也称p9)以及p6。

● MA蛋白来自Gag的N端,大部分结合在病毒脂双分子层的内侧,起到稳定病毒颗粒的作用。当它参与病毒基因组进入细胞核的过程时,便会深入到病毒里层。这些MA蛋白分子上有一段能被细胞核内输机制识别的信号,可以促进病毒基因组的入核。

● CA蛋白构成病毒颗粒的核心。细胞内的亲环素A能与Gag上的CA蛋白区域结合,阻断这种结合能抑制病毒的复制,说明它们的结合对病毒的复制非常重要。

● Gag的NC区域能特异性地识别HIV的包装信号。这种包装信号由病毒RNA 5’端的四个茎环结构组成,能有效介导异源RNA进入HIV的病毒颗粒。NC蛋白还能促进病毒的逆转录。

● Gag上的p6区域介导Gag与辅助蛋白Vpr结合,使Vpr进入正在装配的病毒毒粒。P6蛋白还包含一段所谓的晚期区域,是病毒出芽过程中所必需的。

1.12 Gag-Pol前体蛋白

病毒的蛋白酶(Pro)、整合酶(IN)、RNA酶H(RNase H)和逆转录酶(RT)都由Gag-Pol前体蛋白切割而成。在病毒RNA上有一段特殊基序,当核糖体移动至此时,有5%的概率移框,产生这个前体蛋白。Gag蛋白与Gag-Pol前体蛋白产量的比率大约是20:1。

● HIV蛋白酶(Pro)是一种天冬氨酸蛋白酶,以二聚体的形式起作用,它在病毒成熟过程中起到切割Gag蛋白与Gag-Pol前体蛋白的功能。

● 整合酶(IN)介导HIV的DNA整合到被感染细胞的基因组DNA上。这种整合似乎具有选择性,病毒DNA倾向于整合在开放的具有转录活性的基因组区域上,这有利于前病毒的表达。

● 逆转录酶(RT)由pol基因编码,具有RNA依赖的和DNA依赖的聚合酶活性。在逆转录过程中,聚合酶以病毒RNA为模板合成DNA链,再由RNase H去掉配对的原RNA模板,使聚合酶再合成配对的第二条DNA链。在病毒入侵细胞6小时内,就能合成完整的病毒DNA,不过此时的DNA可能还未整合到细胞基因组上。在胞内起作用的聚合酶大多是由p65与p50形成的异二聚体,所有这些pol基因编码的产物都能在完整的HIV毒粒衣壳中找到。

1.13 ENV

Env蛋白的分子量为160kD,所以也叫gp160。最初合成的Env聚集在内质网上,然后转移到Golgi体上进行糖基化修饰,接着被细胞中的蛋白酶切割成gp41和gp120两种更小的蛋白。gp41含有Env的跨膜区,深入在新合成的毒粒的脂双分子层中;gp120则定位在毒粒和被感染细胞的表面,并与gp41以非共价键相连接。整个Env蛋白在毒粒以及被感染细胞表面以三聚体的形式存在。

HIV病毒对目标细胞的感染从gp120介导的病毒毒粒与细胞表面相互作用开始。gp120能与目标细胞表面的CD4以及DC-SIGN相互作用,接着由gp41介导病毒包膜与细胞膜的结合,将病毒内含物输送到被感染的细胞胞质中。

1.2 调控蛋白

1.21 Tat

Tat是一种转录反式激活因子,有72个氨基酸和101个氨基酸两种形式,分别由HIV早期完全剪切mRNA和晚期不完全剪切mRNA编码。两种形式的Tat都存在于被感染细胞的细胞核与核仁中。传统的转录因子是与DNA结合,而Tat却是与RNA结合。在HIV的5’端有一段短的茎环结构,叫做反式激活应答元件(TAR)。Tat通过与TAR结合能上调HIV的转录高达1000倍以上。

1.22 Rev

Rev的分子量为13kD,是一种序列特异性的RNA结合蛋白,它由HIV完全剪切的mRNA编码,诱导HIV基因表达从早期过渡到晚期。Rev聚集在被感染细胞的细胞核与核仁中,能与HIV的RNA上一段240个碱基长的叫做Rev应答元件(RRE)的区域结合,促进病毒不完全剪切的RNA从核内运送到胞质。通常包含内含子的RNA(如未剪切或不完全剪切的RNA)滞留在核内,高表达量的Rev能促进含有内含子的RNA出核,导致核内用于完全剪切的RNA减少,也就降低了Rev的表达。Rev这种降低RNA剪切效率的能力形成一种负反馈调节循环,使得Rev本身的表达水平被精确调控。

1.3 辅助蛋白

1.31 Vpu

Vpu蛋白分子量为16kD,是一种整合在膜上的磷酸蛋白,主要定位在被感染细胞的内部膜结构中。Vpu由编码Env蛋白的mRNA编码,不过它的表达量只有Env的十分之一,原因是Vpu的起始密码子效率不高。

在被HIV感染的细胞中,病毒受体CD4与内质网上合成的病毒包膜蛋白形成复合物,并导致这两种蛋白结合在一起。Vpu能诱发CD4分子的泛素化降解,使病毒包膜蛋白游离出来。Vpu还能促进HIV从被感染的细胞表面释放出来,在缺乏Vpu的情况下,大量新合成的病毒颗粒会滞留在被感染细胞的表面。

1.32 Vpr   

Vpr蛋白整合在病毒颗粒内部,这一整合过程通过与Gag蛋白羧基末端特定的相互作用实现,每个毒粒大约有100个Vpr拷贝。Vpr通过促进前整合复合物(PIC)的细胞核定位来实现HIV对非分裂细胞的感染能力。Vpr存在于PIC中,不过不是招募其它核定位信号到PIC上,而是作为核质转运因子直接将病毒基因组结合到细胞核核孔上。Vpr还能阻止细胞分裂,表达Vpr的细胞会停留在细胞周期的G2阶段,原因是Vpr能阻止细胞内p34cdc2/cyclin B复合物的激活,而它是细胞周期中调控细胞进入有丝分裂期的重要因子。

1.33 Vif

Vif分子量为23kD,对于HIV在外周血淋巴细胞、巨噬细胞(见文后小词典1)以及一些特定细胞中的复制是必需的。不过在大多数细胞中,Vif并不是一种必需蛋白,这意味着在这些细胞中能表达某种可代替Vif功能的蛋白。这种细胞被称作容许性细胞,在容许性细胞中生成的病毒毒粒能感染非容许性细胞,但在非容许性细胞中生成的毒粒将不再具有感染性。

1.34 Nef

Nef分子量为27kD,由HIV的3’端LTR中一个外显子编码,它是HIV的早期基因,也是在HIV感染细胞后第一个能积累至可被检测水平的蛋白。Nef具有多种生物学活性,包括能下调被感染细胞的表面CD4的表达量、干扰T细胞的活性、加强HIV的感染性,不过Nef并不直接对HIV基因的表达起作用。

HIV基因组有9000个碱基,包含9个基因,共编码15种蛋白

图片来源:http://hivinsite.ucsf.edu

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One Response to “1 HIV的组分、结构及各蛋白功能”

  1. Zijian Chen says:

    很详细很用心很实用的一篇专题文章,Good job!

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