(2) APOBEC proteiiniperhe, polynukleotidisytosiinideaminaaseja

Yksittäisen solun kyky säännellä mitogeneesiä jankohdentaa mitogeneesiin on solun arvokkaita  reusrsseja.  Entsyymien katalysoima DNA- sytosiini (C, Cytosine)- deaminaatio edistää  vasta-aineitten moninaisuutta, diversiteettiä ja täten puolustusvalmiutta vieraita nukleiinihappoja kohtaan.  noin 10 vuota siten keksittiin soluentsyymiperhe, jok pystyy deaminoimaan ( poistamaan aminoryhmää) DNA.sta ja mm. estämään  (tai haittaamaan) HIV-1 viruksen replikaatiota.
Tämä restriktiofaktoreitten proteiiniperhe sai nimen APOBEC3 mikä tarkoittaa
Apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide -like 3). Tätä  proteiiniperhettä tutkitaessa  löytyi laaja puolutuksellinen verkosto, joka pystyy vaimentamaan useitten endogeenisten ja exogeenisten DNA- pohjaisten  parasiittien replikoitumista.  Muta vaikka monella viruksella on kehitettynä sofistinen  vastapuolustusjärjestelmänsä, niin APOBEC3 entsyymit tarjoavat kuitenkin houkuttelevan mahdollisuuden kohentaa   luonnollista immuniteettia  jolla voidaan  virustulehdusta  saada rajattua.

Tutkijat kohdistavat  nyt huomionsa  siihen miten APOBEC3 perheen restriktioentsyymit pystyvät estäämään solussa olevia retro-elementtejä ja samalla he pohtivat, miten tästä löytää  uusia terapeuttisia etuja ja toisaalta, mitä patologisia seuraamuksia on, jos solua vahvistetaan   aktiiveilla DNA- deaminaaseilla. 
Ensinnäkin  he katsahtivat  DNA deaminaasien evoluutioon.  ja biokemialliseen ja rakenteelliseen  muotoon sekä biologisiin funktioihin.

Nukleiinihappojen aineenvaihdunnassa yleinen tapahtuma on entsymaattinen deaminaatio.
Esim tRNA:n  usea  antikodoni vaihtelee  koostumustaan deaminoimalla Adenosiinin (A) inosiiniksi (I), joka siten voi mudoostaa parin Cytosiinin(C) kanssa ja täten lisätä tRNA anticodonin joustavuutta ja koodinluentaa.  Nämä entsyymit kuuluvat  ADAT- perheeseen, adenosiinideaminaaseihin, jotka vaikuttavat tRNA:han.

Monet vastaavanlaiset proteiinit  metazoista nematodeihin ja  ja kärpäsistä ihmiseen  katalysoivat erilaisten RNA- kohteitten  A- I :ksi  editointia (Adenosiinista Inosiiniksi) . Näitä entsyymejä  kutsutaan  ADAR perheeksi:  adenosiinideaminaaseja ,jotka vaikuttavat RNA:han.

Cytosiinista Urasiiliksi  (C - U:ksi )  deaminointi on  miltei yhtä vanha tapahtuma evolutionaalisesti kuin  A-I ( Adenosiinista Inosiiniksi) .  Pyrimidiini- molekyylin  säästötalteenottotiet  useimmissa organismeissa käyttävät  cytidiinideaminaasia (CDA)  tuottaakseen essentielliä RNA ja DNA rakennusosia  uridiinista  suoraan ja tymidiinistä  erään entsymaattisen lisävaiheen .

Tämä entsyymi  (CDA) pönkittää  ainutlaatuista adaptiivisen immuniteetin muotoa, jossa  kypsät  imusolureseptorit saavat tyypillisen  rakenteensa rekombinaatioprosesaien välityksellä.  Polynukleotidi sytosiini(C)  deaminaasigeeniperhe on kehittynyt tässä evoluutiossa.   Nykyisin  elävillä  selkärankaisilla on laaja kirjo polynukleotidi C   - U:ksi editoivia entsyymejä , jotka panevat toimeen erilaisia biologisia funktioita lipdien aineenvaihdunnasta alkaen   adaptiiviseen ja luonnolliseen immuuniteettiin. asti.

KAIKKI selkärankaisten polynukleotidisytosiini(C)deaminaasit kuuluvat ns.  APOBEC- perheeseen.  Tätä proteiiniperhettä määrittelevä piirre on niissä konservoitunut sinkkiä (Zn) koordinoiva motiivi  ( histamiini- X- glutamiinihappo- X 25-31- proliini- cysteiini-X 2-4- Cysteiini eli
(HXXXXXXXPCXXXC) Zn   ja tämä  on aivan välttämättä tarpeen deaminaasiaktiivisuudessa. X  tarkoitaa tässä mitä tahansa aminohappoa. Sinkki asettuu  proteiinissa  entsyymin aktiiviin kohtaan. Näitten motiivien  proteiinijärjestyksen perusteella on voitu luokitella  kolme alaperhettä:
APOBECC1, AID ja ABOBEC3- proteiinit.  Nämä ABOBEC3- proteiinit taas on  jaoteltu  kolmeen alaryhmään Z1, Z2 ja Z3.   Nämä A3 Z- domaanit  voivat vaihdella    dramaattisesti eri  evolutionaalisten haarojen  kesken  selkärankaisten fylogeneettisessä puussa esim verrattaessa ihmistä ja hiirtä.

 APOBEC1  ( Apolipoprotein B rnA-editing catalytic subunit 1), (geeni APOB)  .
 Tämä on entsyymi, joka katalysoi spesifisen sytosiinin deaminaatiota  APOB mRNA:ssa. Siitä tulee ennenaikainen translaation stop-kodoni ja pienempi sekundääri geenituote.
Nämä ABOB proteiinit APOB100 ja APOB48 säätelevät lipoproteiinien eritystä maksasta. Monissa  imettäväisten APOBEC1 entsyymeissä on myös DNA:n  C-U:ksi kirjoittavaa aktiivisuutta. Tällä reaktiolla on keskeinen osuus luonnollisessa immuniteetissa.
Varhemmilta  selkärankaisilta linjoilta kuten linnuilta ja matelijoilta puuttuu APOB -geeni. On mahdollista , että DNA-ta editoiva funktio edelsi  RNA- editoinnin  osallistumista.

AID  ( activation- induced deaminases ( geeni AICDA)
Selkärankaisilla on AID kaikkein konservoiduin DNA sytosiinideaminaasi . Sillä on keskeinen osuus adaptiivisessa immuniteetissa  sillä se syöttää somaattista hypermutaatiota, geenin konversiota ja  luokan  rekombinaatiovaihdetta ( class  switch recombination)  tuolla DNA deaminaasiaktiivisuudellaan.
Mielenkiintoista geenien sijoittumisen suhteen on se, että  APOBEC1:tä ja AID:ia koodaavat geenit  ovat sijoittuneet useimpien selkärankaisten genomissa lähekkäin, mutta inversio on asettanut ihmisellä  ao. geenit  ovat   asettuneet  kauemmaksi toisistaan samassa kromosomissa kuitenkin.   Tästä voi olettaa, että  esigeeni AID on evoluutiossa  kaksinkertaistunut ja  erilaistunut tuottaen APOBEC1.  On todennäköistä että  esi -AID/APOBEC1 locus-duplikaatiosta tuottui geneetistä  aihiota  imettäväisillä  yksinomaan  todettuun  APOBEC3- alaperheeseen.

APOBEC3 (Apolipoprotein B-editing enzyme catalytic polypeptide-like 3)


Ihmisellä seitsemän  APOBEC3 proteiinia  koodautuu peräkkäin (tandem)  järjestäytyneestä geenirykelmästä. A3A, A3B, A3C, A3D, A3F, A3G, A3H.  (ihminen, simpanssi, rhesus apina)
 Naissä  on 11 sinkkiä (Zn) koordinoivaa domaania.

 Nämä nykypäivän geenit ovat  jatkuvan evoluution tuotetta.. Esim  esirykelmän  kolme Z-domaania lienevät käyneet läpi  ainakin kahdeksan  kaksinkertaistumistapahtumaa viimeksikuluneitten  sadan miljoonan vuoden aikana tuottaen  sen locuksen, mikä useimmilla kädellisillä tavataan.  Nämä  domaanit ilmenevät  yksittäisinä tai yhdessä entsyymissä voi olla kaksi Z- domaania.  Sitävastoin esi- APOBEC3-locus koki deleetion jyrsijälinjassa ja siinä jäi pois yksi Z- domaani ja niillä on nykyisin kahden domaani lokukset, jotka koodaavat vain  yhden proteiinin, joka on selvästi erilainen kuin kaikki  kädellisten  entsyymit.

Miksi  jotkut imettäväislinjat omaavat  monia APOBEC2 geenejä ja toisilla kuten jyrsijöillä on vain harvoja?
Imettäväisillä nämä entsyymit kattavat ( overlapping) toisiaan tarjoten laajan   luonnollisen immuniteetin  ja  suojellen isäntäkehoa monenlaisilta parasiittielementeiltä ( esim HIV-1 restriktiolla).
Koska moninaiset erilaiset luonnollisen immuniteetin mekanismit vaikuttavat parasiittisten elementtien vaimentamista, on järkevää olettaa, että toisilla imettäväisillä APOBEC3 lokus vahvistuu ja toiset lokukset heikkenevät ja jokainen imettäväislinja on erilainen.
Esimerkiksi kädellisillä (Primates)  koodautuu yksittäinen TRIMalfa proteiini, kun taas hiirellä on kyky koodata yhteensä kahdeksan TRIM5alfan kaltaista proteiinia.
  On todennäköistä että joka lajin nykypäiväisen luonnollisen immuniteetin vahvistumiset ovat muokkautuneet  entisaikojen patogeenipaineitten vaikutuksesta, ja pohtia vain  voi, ovatko ne entisaikain  patogeenit  nykypäivien virusten ja transposoituvien elementtien  esilähteitä. 

JATKUU samasta aiheesta...