一前 言
反轉錄病毒(retrovirus)最大的特點在於其基因組是由兩條 RNA
構成,其對寄主 (host) 的感染與複製方式異乎一般常見的 DNA 病毒;此類反轉錄病毒中最負盛名的莫過於造成後天性免疫不全症候群 (Acquired
Immune Deficiency Syndrome, AIDS) 的人類免疫缺乏病毒 (Human Immunodeficiency Virus, HIV)。反轉錄病毒外套膜
(envelope)上的表面抗原 (surface antigen) -醣蛋白 (glycoprotein)
與寄主細胞的表面接受器 (receptor) 認知、結合之後, 便脫去外套膜,
進而除去殼蛋白 (capsid), 使兩條 RNA 進入細胞質 (cytoplasm), 並且能利用病毒本身的反轉錄酵素(reverse transcriptase)
進行反轉錄作(reversetranscription), 將單股的 RNA 反轉錄成雙股的 cDNA (complementary DNA) 。 當反轉錄酵素在執行反轉錄作用之後,具有核定位序列(nuclear
localization sequence, NLS)之基質蛋白(matrix protein, MA)先與 DNA 結合(binding)在一起,然後核酸銜接酵素(integrase,
IN)再與此複合體結合起來 ,病毒之 RNA、DNA、反轉錄酵素、核酸銜接酵素和基質蛋白共同形成核酸銜接前複合體 (preintegration complex)
。此複合體進入細胞核 (nucleus) 中, 藉著核酸銜接酵素的功能將病毒的 DNA 銜接 (integrate) 至寄主細胞的標的 DNA (target
DNA) 形成原形病毒 (provirus)。此時, 反轉錄病毒的 DNA 能夠經由轉譯作用 (transcription) 產生 RNA, 此 RNA
可當作 mRNA 經轉錄作用 (translation) 產生結構蛋白 (structural protein), 一方面當作病毒的基因組 (genome),
最後病毒 RNA 上的包裝序列 (packaging signal) 被認知而與結構蛋白組合 (assembly)、包裝 (package) 後可透過細胞膜而產生完整的病毒顆粒
(virion)。
反轉錄病毒的複製循環:
Flash
二結構特徵
A.功能區位
關於 HIV-1 核酸銜接酵素本身, 己被發現其具有 3 個不同的功能區位 ,核酸銜接酵素的 N 端 ,核心催化區位 (catalytic core domain)
核酸銜接酵素的 C 端 ,雖然三個功能區位為銜接所需要, 一般認為核心催化區位包含活化位置負責銜接 /瓦解的所有催化反應 (residues
50-212)
B.核心催化區位
HIV-1 核酸銜接酵素的核心催化區位的結構包含一個由六個
helices圍繞中央的五股Beta-sheet
在核心催化區位的三個胺基酸位於retrotransposon和核酸銜接酵素之間具有高度的保留性,在HIV-1
核酸銜接酵素的兩個是Asp64 和 Asp116
,第三個保留性的殘基Glu152位於residues 140 and 154
為鄰的兩個13個殘基的混亂區.
在細胞外(in vitro)的研究指出HIV-1 核酸銜接酵素是multimeric的蛋白質,但是monomer的功能酵素的數目一直未被確定,結晶結構顯示出有兩個緊密的核心催化monomer.
假設其為功能性的核酸銜接酵素dimer模型,此dimer被包含
beta strand 3和 alpha helices
1, 3, 5, and 6的鹽橋和氫鍵所穩定
C. DNA 結合區位
HIV-1 核酸銜接酵素minimal
binding domain的結構是dimer,每個monomer是由五個
反平行的Beta-strand形成 five-stranded beta-barrel ,所組成的三股平板之間的互相作用發生monomer間的接合 這些作用力是顯著的疏水性的(Trp243,Ala248和Val250來自一個monomer和其他的monomer的Leu242,
Val250, Ile257 ,Val259
的吸引力) , Dimer 更多的穩定性經由carboxylate
of Glu246 和carboxamide of Gln252
來達成
The dimeric DNA 結合區位具有大的.馬鞍形的凹槽,以monomer strands 1 和 2 的 loops
連接 ,此凹槽有適當的尺寸可適用B-form DNA.
References:
(1) Dyda, F., Hickman, A.B., Jenkins, T.M., Engelman, A., Craigie, F., and D.R. Davies (1994). Crystal Structure of the Catalytic Domain of HIV-1 Integrase: Similarity to Other Polynucleotidyl Transferases. Science 266: 1981-1986.
(2) Greenwald, J., Le, V., Butler, S. L., Bushman, F. D., Choe, S.: The Mobility of an HIV-1 Integrase Active Site Loop is Correlated with Catalytic Activity Biochemistry 38 pp. 8892 (1999)