载脂蛋白 B mRNA 编辑酶，催化多肽样 3G；APOBEC3G

PHORBOLIN-LIKE PROTEIN MDS019; MDS019
CEM15
dJ494G10.1
FLJ12740
bK150C2.7

HGNC 批准的基因符号：APOBEC3G

细胞遗传学定位：22q13.1 基因组坐标（GRCh38）：22:39,077,005-39,087,743（来自 NCBI）

▼ 说明

vif（病毒粒子感染因子）蛋白由灵长类免疫缺陷病毒编码，尤其是 HIV-1。这些蛋白质是病毒感染和复制的有效调节因子，因此对于体内病原体感染至关重要。HIV-1 vif 似乎是病毒产生后期所必需的，以抑制人类 T 淋巴细胞中的先天抗病毒表型。因此，在缺乏vif（δ-vif）的情况下，这种表型的表达使得子代病毒体不具有感染性。Sheehy等人（2002）描述了一种细胞基因CEM15，其在通常不表达CEM15的细胞中的瞬时或稳定表达重现了这种表型，但其抗病毒作用被vif的存在所克服。

▼ 克隆与表达

支持产生完全感染性 δ-vif 病毒体的细胞被称为许可细胞。为了鉴定在允许细胞中异位表达会使其表型转化为非允许细胞的基因，Sheehy et al.（2002）使用了基于 PCR 的 cDNA 消减策略。1.5-kb cDNA（GenBank AF182420，智人佛波蛋白样蛋白MDS019）是从骨髓增生异常综合征（见600049）患者的造血细胞中分离得到的。氨基酸序列预测相对分子质量为 46,405 的蛋白质具有鼠类直向同源物，但序列分析显示在酿酒酵母、黑腹果蝇或秀丽隐杆线虫中没有显着匹配。人和鼠 CEM15 的氨基端和羧基端部分彼此之间以及与 APOBEC1（600130）和 phorbolin-1（607109）具有显着的氨基酸相似性。例如，人 CEM15 的 C 末端区域与 APOBEC1 表现出约 50% 的氨基酸同一性，与 phorbolin-1 表现出约 70% 的氨基酸同一性。

Jarmuz等人（2002）确定APOBEC3G含有保守的锌结合结构域和参与质子穿梭的谷氨酸，这些谷氨酸存在于所有胞苷脱氨酶的活性位点中。它包含 2 个参与 RNA 结合的关键芳香族残基和一个连接大肠杆菌胞苷脱氨酶活性位点和假活性位点结构域的 37 个氨基酸连接肽。Northern印迹分析检测到APOBEC3G在脾脏、睾丸、卵巢、外周血白细胞和几种肿瘤细胞系中的表达。

▼ 基因功能

CEM15 是一种有效且特异性的 HIV-1/δ-vif 感染性抑制剂。由于 CEM15 在非许可细胞中选择性表达，并且其抗 HIV 表型很容易被 HIV-1 复制过程中正常表达的 vif 水平所克服，Sheehy 等人（2002）建议 CEM15 蛋白是 vif 功能的人类细胞靶点。CEM15 含有 Prosite 胞嘧啶核苷/核苷酸脱氨酶锌结合基序 PS00903。这种锌结合结构域已在从噬菌体到人类等生物体中存在的胞嘧啶核苷/核苷酸脱氨酶中被发现，并且对于这些酶的催化活性至关重要。由于 APOBEC1 结合并编辑 mRNA，并且据报道 vif 不仅可以结合病毒基因组 RNA，而且还依赖于这种相互作用来正常掺入病毒粒子，Sheehy 等人（2002）建议 CEM15 可能影响 δ-vif 病毒粒子通过它们的RNA成分。

Harris 等人（2002）表明，APOBEC1 及其同源物 APOBEC3C（607750）和 APOBEC3G 在大肠杆菌检测中表现出有效的 DNA 突变活性。这些蛋白质似乎通过 dC 脱氨基作用触发 DNA 突变，并且每种蛋白质都表现出独特的局部靶序列特异性。结果揭示了一系列潜在的活性 dC/dG 突变体的存在，可能对癌症产生影响。

Jarmuz et al.（2002）确定昆虫细胞中表达的重组APOBEC3G与其自身以及APOBEC3B（607110）形成二聚体，但不与APOBEC1形成二聚体。APOBEC3B表现出很强的锌结合力，它结合了APOB（107730）mRNA底物和富含AU的底物。然而，它不编辑 APOB、NF1（613113）或 NAT1（108345） mRNA。

Harris 等人（2003）使用基于鼠白血病病毒（MLV）的系统提供了证据，证明 APOBEC3G 是一种 DNA 脱氨酶，在病毒产生过程中掺入病毒颗粒中，随后在逆转录病毒负端内触发脱氧胞苷大量脱氨为脱氧尿苷（第一个） ）-链 cDNA，从而为病毒破坏提供了可能的触发因素。此外，HIV vif 可以保护 MLV 免受这种 APOBEC3G 依赖性限制。作者得出的结论是，靶向 DNA 脱氨基是针对逆转录病毒的先天免疫的主要策略，并且可能导致在包括 HIV 在内的许多病毒中观察到的序列变异。

Marin et al.（2003）证明HIV-1 vif结合APOBEC3G并诱导其快速降解，从而将其从细胞中消除并阻止其掺入HIV病毒颗粒中。对 vif 突变体的研究表明，它包含 2 个结构域，一个结合 APOBEC3G，另一个具有保守的 SLQ（Y/F）LA 基序，通过蛋白酶体依赖性途径介导 APOBEC3G 降解。

Sheehy et al.（2003）表明，HIV-1 vif 通过阻止病毒掺入子代病毒颗粒中，从而保护病毒免受 APOBEC3G 介导的灭活，从而允许随后的感染在没有 DNA 脱氨基作用的情况下进行。除了帮助从新生病毒粒子中排除 APOBEC3G 之外，vif 还通过诱导 APOBEC3G 泛素化和随后被 转型体降解，从病毒产生细胞中去除 APOBEC3G。

HIV-1 vif 对于宿主抗病毒因子 APOBEC3G 的病毒逃避至关重要。Yu et al.（2003）报道vif与细胞蛋白Cul5（601741）、伸蛋白B（600787）和C（600788）以及Rbx1（603814）相互作用形成Skp1-（601434）滞蛋白（见603134） ）-F框（SCF）样复合物。vif 抑制 APOBEC3G 抗病毒活性的能力特别依赖于 Cul5-SCF 功能，使 vif 与 APOBEC3G 相互作用并诱导其泛素化和降解。与 APOBEC3G 相互作用但不与 Cul5-SCF 相互作用的 vif 突变体在功能上失活。在远缘相关的猿猴免疫缺陷病毒 mac 中，Cul5-SCF 也是 vif 功能所必需的。Yu等人（2003）得出结论，vif使用的保守Cul5-SCF途径是抗病毒开发的潜在靶点。

张等人（2003）证明CEM15是一种HIV-1复制的内源性抑制剂，是一种胞苷脱氨酶，能够在新合成的病毒DNA中诱导G到A的超突变。这种效应可以被 HIV-1 vif 抵消。这种病毒 DNA 突变体似乎是宿主细胞中的一种病毒防御机制，可能会诱导新生病毒逆转录物发生致命的超突变或不稳定，这可能是 vif 缺陷表型的原因。张等人（2003）提出，复制病毒基因组中CEM15介导的非致死性超突变的积累可能有力地促进灵长类慢病毒群体的遗传变异。

Mangeat等人（2003）证明APOBEC3G在逆转录过程中发挥其抗病毒作用，触发新生逆转录病毒DNA中的G至A超突变。他们还发现，除了 HIV 之外，APOBEC3G 还可以作用于多种逆转录病毒，这表明通过编辑进行的超突变是针对这一类重要病原体的普遍先天防御机制。

HIV-1 vif 蛋白可阻断人类细胞中 APOBEC3G 的作用，从而释放感染性病毒颗粒，但无法抑制某些猿类细胞中存在的类似 APOBEC3G 蛋白。相反，非洲绿猴（AGM）猿猴免疫缺陷病毒（SIV）编码的vif蛋白可以阻断AGM APOBEC3G功能，但不能抑制人类APOBEC3G。这种差异在决定HIV-1和SIV（AGM）的灵长类物种向性方面起着关键作用。Bogerd等人（2004）证明，单个APOBEC3G残基，即人APOBEC3G中的asp128和AGM APOBEC3G中的lys128，控制着HIV-1 vif蛋白结合并灭活这些宿主防御因子的能力。这些数据确定了一个关键的带电残基，该残基在介导人类和猿细胞中形成的独特 vif:APOBEC3G 复合物的形成中发挥关键作用。结果表明，阻止其他 SIV 作为人畜共患感染进入人群的生物屏障可能相当脆弱。

Schrofelbauer et al.（2004）发现，用AGM APOBEC3G的lys128替换人APOBEC3G中的asp128会导致该酶改变其相互作用，变得对SIV（AGM）vif敏感而对HIV-1 vif耐药。相反，AGM APOBEC3G 中的相反的 lys-asp 转换逆转了其对 vif 的特异性。128 位氨基酸的电荷是物种特异性的关键决定因素。基于关系较远的大肠杆菌胞苷脱氨酶的晶体结构，Schrofelbauer 等人（2004）提出该氨基酸位于 APOBEC3G 的溶剂暴露环上，与催化位点位于蛋白质的同一面上。

Turelli et al.（2004）发现APOBEC3G可以抑制乙型肝炎病毒（HBV）的复制。Rosler等人（2004）表明APOBEC3G可以编辑少数HBV基因组，并可能导致变异的出现。对此，Turelli 等人（2004）评论说，APOBEC3G 偶尔会突变 HBV 基因组这一事实支持了编辑在该病原体遗传变异中的作用。Turelli et al.（2004）表明，HBV可以被相关的胞苷脱氨酶APOBEC3F（608993）阻断。

Esnault et al.（2005）表明APOBEC3G显着抑制IAP和MusD逆转录转座元件的逆转录转座，并诱导其DNA拷贝中G到A的超突变。Esnault et al.（2005）得出结论，APOBEC3G通过编辑病毒遗传物质，提供了针对内源性和外源性入侵者的祖先广泛的细胞防御。

Chiu et al.（2005）证明APOBEC3G强烈保护未受刺激的外周血CD4+ T细胞免受HIV-1感染。在活化的 CD4+ T 细胞中，细胞质 APOBEC3G 存在于酶促无活性的高分子质量（HMM）核糖核蛋白复合物中，该复合物在用 RNase 处理后转化为酶促活性的低分子量（LMM）形式。相比之下，LMM APOBEC3G 在未刺激的 CD4+ T 细胞中占主导地位，其中 HIV-1 复制被阻断且逆转录受损。有丝分裂原激活诱导 LMM APOBEC3G 招募到 HMM 复合体中，这与这些受刺激细胞中 HIV 感染许可率的急剧增加相关。当 APOBEC3G 特异性 siRNA 被引入未刺激的 CD4+ T 细胞中时，HIV-1 遇到的早期复制阻碍大大缓解。因此，Chiu et al.（2005）得出结论，LMM APOBEC3G 在未刺激的 CD4+ T 细胞中充当 HIV-1 的有效进入后限制因子。他们指出，对未刺激的 CD4+ T 细胞中缓慢形成的逆转录物进行测序，仅发现低水平的 dG 至 dA 超突变，这提高了 APOBEC3G 限制活性可能并不严格依赖于脱氧胞苷脱氨作用的可能性。

2010年，Chiu等人（2005）的作者撤回了他们的发现，因为他们无法重现证明APOBEC3G在静息CD4 T细胞中充当HIV-1进入后限制因子的实验。他们注意到另外 2 项研究（Kamata et al., 2009；Santoni de Sio 和 Trono，2009）也对这一结论提出了质疑。然而，Chiu 等人（2005）的作者报告说，他们的一些原始发现是可重复的，包括（1）LMM APOBEC3G 在静息 CD4 T 细胞和单核细胞中的优势，（2）LMM APOBEC3G 募集到 HMM APOBEC3G RNA -T细胞激活或单核细胞分化为巨噬细胞后的蛋白质复合物，（3）HMM APOBEC3G缺乏酶活性，（4）用RNase A处理HMM APOBEC3G后LMM APOBEC3G的产生和酶活性的恢复，以及（ 5）Vif与APOBEC3G在HMM复合物中组装，然后Vif对APOBEC3G进行多泛素化。

Wang et al.（2007）表明APOBEC3G与某些聚合酶III（见606007）衍生的RNA相互作用，包括RNY3（601822）和7SL（RN7SL1）；612177），信号识别颗粒（SRP）的一个组成部分，在表达APOBEC3G的CD4阳性T细胞系和原代CD4阳性T细胞中。7SL RNA 与 APOBEC3G 一起包装到 HIV-1 颗粒中，并且这种包装是由 HIV-1 Gag 介导的。减少 7SL RNA 结合的 APOBEC3G 突变减少了 APOBEC3G 和 7SL RNA 包装到病毒粒子中，并损害了 APOBEC3G 抗病毒活性。Wang et al.（2007）得出结论，7SL是APOBEC3G的关键抗病毒辅助因子。

Kinoshita and Taguchi（2008）利用cDNA互补筛选鉴定了NFIL6（CEBPB；189965）作为宿主分子，使初级CD4阳性T细胞允许HIV-1复制。他们发现，NFIL6 通过与 APOBEC3G 的胞苷脱氨酶活性结合并使其失活，在感染后的逆转录过程中以及整合后的基因转录过程中调节 HIV-1 的复制。APOBEC3G 的结合和失活需要 NFIL6 中的 ser288。即使在没有 Vif 的情况下，非允许细胞中 NFIL6 的过度表达也会增强 HIV-1 的复制。Kinoshita and Taguchi（2008）提出NFIL6进化为负向调节APOBEC3G以限制DNA突变，但这种机制在HIV-1感染期间会适得其反，促进病毒逆转录和复制。

Okeoma等人（2010）利用RT-PCR、Western blot和免疫荧光显微镜分析在人和小鼠乳腺上皮细胞中检测到了APOBEC3G RNA和蛋白。他们的数据表明，乳腺上皮细胞中表达的 APOBEC3G 可能被包装在 HIV-1 病毒颗粒中。

Jager等人（2012）使用亲和标签/纯化质谱分析表明，HIV-1 Vif也将CBFB招募到负责APOBEC3G降解的泛素连接酶复合物中。CBFB 允许重建重组 6 蛋白组装体，该组装体可引发 APOBEC3G 特异的多泛素化活性，但 APOBEC3A 则不然。RNA 敲除和基因互补研究表明，CBFB 是 Vif 介导的 APOBEC3G 降解和 HIV-1 感染性保存所必需的。来自猿猴免疫缺陷病毒的 Vif 也与 Cbfb 结合并需要 Cbfb 来降解恒河猴 Apobec3g，这表明灵长类动物物种之间存在功能保守性。孤立地，Zhang et al.（2012）也确定了 CBFB 在 Vif 介导的 APOBEC3G 降解中的作用。

▼ 基因结构

Jarmuz et al.（2002）确定APOBEC3G基因含有8个外显子。5 素非翻译区和 5 素侧翼区包含重复序列。未识别出 TATA 或 CATT 框。

▼ 测绘

Jarmuz et al.（2002）通过FISH和基因组序列分析，将APOBEC3G基因定位在染色体22q12-q13.2上的7个APOBEC基因或假基因的串联阵列中。所有都以着丝粒 5 素端为导向。作者指出，啮齿动物中不存在 APOBEC 家族的类似扩展。

▼ 生化特征

晶体结构

Chen等人（2008）报道了人APOBEC3G催化结构域的溶液结构。五个 α 螺旋（其中 2 个形成锌配位活性位点）排列在由 5 条 β 链组成的疏水平台上。NMR DNA 滴定实验、计算模型、系统发育保守性和基于大肠杆菌的活性测定提出了一种 DNA 结合模型，其中带正电荷的残基边缘定位目标胞嘧啶以进行催化。

▼ 分子遗传学

为了深入了解 vif 保护 HIV-1 免受 APOBEC3G 侵害的机制，Xu 等人（2004）将人 APOBEC3G 中的几个氨基酸替换为对 HIV-1 vif 具有抗性的猿猴 APOBEC3G 中的等效残基，并确定了 vif 的作用。 vif存在和不存在时HIV-1复制的突变。他们发现，具有单个氨基酸取代的人类 APOBEC3G 可以与 HIV-1 vif 相互作用，但不会从细胞中耗尽；因此，它以抗 HIV-1 vif 的方式抑制 HIV-1 复制。恒河猴免疫缺陷病毒239或HIV-2 vif共表达耗尽了突变体APOBEC3G的细胞内稳态水平并消除了其抗病毒活性，表明它可以是蛋白酶体途径的底物。Xu等人（2004）提出，HIV-1 vif耐药突变体APOBEC3G可以提供一种基因治疗方法来对抗HIV-1感染。

▼ 进化

张和韦伯（2004）研究了人类、4种其他类人猿和2只旧世界猴的APOBEC3G基因进化速率。整个编码区的平均非同义核苷酸取代率是同义取代率的 1.4 倍，强烈表明 APOBEC3G 一直处于正达尔文选择之下。人类内部的核苷酸多态性与所有 7 种灵长类动物之间的替换之间的比较揭示了显着过量的非同义替换。此外，改变电荷的非同义取代率是电荷保守取代率的 1.8 倍，表明选择促进了蛋白质电荷分布的多样性。然而，在 HIV 或 SIV 宿主和非宿主之间没有检测到 APOBEC3G 的选择性压力存在差异。张和韦伯（2004）提出，APOBEC3G的选择压力可能不仅仅来自HIV/SIV，APOBEC3G可能是一种广泛的抗病毒酶，并且对改变电荷的氨基酸取代的普遍正选择的鉴定支持了静电相互作用的假设APOBEC3G 和 vif 或其功能等效项之间。

▼ 动物模型

Okeoma et al.（2007）表明APOBEC3在体内逆转录病毒感染过程中发挥作用，并为小鼠提供部分保护以抵抗乳腺癌病毒（MMTV）的感染。Apobec3 和人 APOBEC3G 蛋白均以 RNA 依赖性方式与 MMTV 核衣壳相互作用，并被包装到病毒颗粒中。此外，含有Apobec3和含有人APOBEC3G的病毒粒子的滴度显着下降。最后，Apobec3 缺失小鼠更容易受到 MMTV 感染，因为病毒遗传比其野生型同窝小鼠更快、更广泛。

Okeoma et al.（2010）用感染MMTV的母亲饲养野生型和Apobec3 -/- 小鼠，并在Apobec3 -/- 小鼠生命的前3个月期间在脾脏和乳腺组织中检测到较高水平的MMTV。重建实验表明，乳腺感染受淋巴细胞Apobec3限制，而非乳腺细胞Apobec3。乳腺组织 Apobec3 被包装成乳源性病毒颗粒，感染性有限。Okeoma et al.（2010）提出APOBEC3蛋白可能具有限制乳源病毒感染性的作用。