Nature：人类A3G蛋白对HIV-1的抑制能力，阻止病毒复制

十五年前，人们发现了一类蛋白质，它赋予人类对HIV-1的天然免疫力。不幸的是，病毒是聪明的已经进化到可以战斗这些蛋白质。东北大学研究人员在他们的合作者的帮助下，已经对这些蛋白质进行了几年的研究，以帮助进一步了解它们的功能和机制，以期更好地对付HIV-1。

这项研究发表在《自然通讯》(nature Communications)上，突出了东北物理学教授、马克·威廉姆斯(Mark Williams)、博士后研究员麦克·摩尔斯(Mike Morse)、加拿大萨斯喀彻温大学(University of Saskatchewan)教授、俄亥俄州立大学(Ohio State University)Ioulia rou吉娜的工作。本文研究了一种有能力抑制hiv - 1的人类蛋白质， APOBEC3G(A3G) 。

他们的研究结果表明，当A3G蛋白质从一个单一的蛋白质(单体)生长到一个双蛋白复合物(二聚体)时，它的功能就转变成一种编辑蛋白作为病毒的进一步复制阻止变异病毒DNA的路障。

威廉姆斯说：“令我惊讶的是二聚体已经足够了。”我们得到了数据，数据告诉了我们这些，但我们花了很长时间才意识到理解这一数据的唯一方法是二聚体必须是蛋白质性质突变的模型。

威廉姆斯实验室的单分子生物物理学专门研究一种叫做光镊的仪器，研究分子，如单个DNA分子或DNA -蛋白复合物。这个工具将DNA或RNA放在两个聚苯乙烯珠子之间，观察其长度和张力的变化，观察DNA与DNA的相互作用。利用这项技术，实验室研究了许多不同的生物系统，包括hiv - 1复制。这些生物物理方法与酶活性实验的结合，以及由Chelico实验室创造的A3G突变形式，使得Williams和Morse可以比较不同突变体的蛋白质的原始形态，而这些突变体包含结构变化。这使得分离的过程得到了稳定的结合的二聚蛋白。

在过去的12年中，威廉姆斯实验室在NIH资助下研究了HIV-1复制。他们最近的项目包括了解人类免疫系统的天然免疫蛋白。APOBEC3家族中有七个蛋白，其中一些攻击逆转录病毒像HIV-1，而其他攻击反转录转座子，这是遗传因素，扩大自己的基因组内，有可能引起疾病。

所有的APOBEC蛋白都是胞苷脱氨酶，允许它们修改单链DNA以取代基，当链被复制时引起突变。然而，A3G的另一个功能却恰恰相反。它可以成为一种稳定的结合蛋白，抑制逆转录过程的发生，阻止hiv - 1的复制。这是因为一个叫做低聚反应的过程，单一蛋白质单元(单体)结合在一起产生多蛋白复合物或低聚物。

威廉姆斯说：“你可以不断地改变自己的想法，同时也能阻止其他东西的移动，这一点并没有什么意义。这就是为什么低聚反应如此重要。当他们开始快速向前移动，随着时间的推移，他们对和变得非常缓慢。”

这组研究人员在2014年《自然化学》杂志上发表的论文中发现了低聚现象。他们的研究表明，多蛋白复合物的生长导致蛋白质减慢，但不知道需要多少蛋白质才能使慢复合物变得缓慢。如果数字高，结果可能与病毒复制不相关。此外，他们还可以证明复合物的反应速度缓慢，但他们无法判断慢复合物是否有酶活性。但现在他们的新研究已经找到了这两个关键问题的答案。

“在我们直接观察蛋白质与DNA结合的实验之间，以及切利科教授研究A3G酶活性的研究中，我们发现，在短时间尺度上，单体形式，蛋白质与DNA的结合和解离非常迅速， 高酶活性，“莫尔斯说。 “但是一旦你让它形成这些低聚物，绑定就更加稳定了，并不会很容易解离。切利科教授发现，当这个过程发生时，酶活性实际上会降低，所以你有这两个功能 - 酶 一次性发生的活性和一种形式，以及由于低聚而在另一个时间尺度上发生的次要功能。

他们的研究表明，即使只有两种蛋白质聚在一起，形成二聚体也会发生这种情况。二聚体足以使蛋白质复合物稳定并改变蛋白质的功能。由于只需要二聚体，所以多个路障可以起到防止逆转录发生的作用。现在，这个重要功能更有可能与生物相关。

“知道抑制HIV-1的药物可能是帮助设计抗HIV药物新方法的指南，HIV-1病毒已经开发出自己的蛋白质来诱导细胞降解APOBEC蛋白质，所以如果我们能够找出如何阻止降解，也许我们可以提高这种蛋白质抑制HIV-1的能力，“威廉姆斯说。

东北大学的Williams实验室计划继续研究不同的APOBEC蛋白质，其他蛋白质抑制HIV-1或反转录转座子。通过使用其独特的生物物理测量工具研究这些蛋白质，他们的实验室希望了解蛋白质的调节，活性和过程，以帮助我们进一步准备艾滋病毒和其他相关疾病。