ICP27及其同源蛋白在疱疹病毒复制中的关键作用与潜在治疗靶点

【字体: 时间:2025年03月05日 来源:mBio 5.1

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  本文综述了ICP27及其同源蛋白在疱疹病毒(HHV)复制中的多重功能,揭示其在病毒基因转录、mRNA剪接、出口及翻译中的关键作用,为抗疱疹病毒药物研发提供新思路。

  疱疹病毒是一类具有大双链DNA基因组的包膜病毒,在人类中感染广泛,可引发从轻微到严重的多种临床症状。这些病毒分为α、β、γ三个亚科,均能在宿主体内建立终生持续性感染。作为严格的细胞内寄生虫,疱疹病毒进化出了多种分子决定因素,以支持和调节病毒及宿主基因转录过程,以及mRNA翻译为蛋白质的过程,这些蛋白质参与促进病毒复制周期和病毒颗粒形成。值得注意的是,一些病毒蛋白含有功能性的RNA结合结构域,由精氨酸-甘氨酸-甘氨酸(RGG)氨基酸序列组成,当被甲基化时,可调节其核酸结合能力,并可能影响无内含子mRNA从核到细胞质的出口。此外,这些病毒蛋白还含有其他结构域和基序,介导其与RNA剪接相关调节蛋白的相互作用,或促进或抑制mRNA加工。所有人类疱疹病毒(HHVs)的基因组中都编码与单纯疱疹病毒1型(HSV-1)的感染细胞蛋白27(ICP27)具有同源性的蛋白,这些蛋白对mRNA的生物合成及其加工过程有着显著影响。本文综述了ICP27及其在不同人类疱疹病毒中对应的同源蛋白,重点讨论了它们在结构和功能上的相似性和差异性。对这些关键病毒因子在有效疱疹病毒复制中的作用的深入了解,有助于设计和识别用于治疗这些病毒引起的疾病的新型抗病毒药物。
在mRNA成熟方面,mRNA成熟是原初mRNA转录本被修饰以获得与其翻译相容形式的过程。mRNA在转录过程中会经历三种主要的结构修饰:在转录本的5′端添加N7-甲基鸟苷修饰(m7G/CAP,或CAP),去除内含子,以及在mRNA的3′端添加腺苷核苷酸的长延伸。mRNA的CAP化(即在mRNA的5′端添加CAP)由一组称为mRNA加帽酶的酶介导,其中RNA鸟苷7-甲基转移酶(RNMT)和帽甲基转移酶1和2(CMTR1-2)在加帽过程中起关键作用。然后,mRNA剪接介导内含子从转录本中切除和外显子连接,这可以通过自催化反应或蛋白质-RNA复合物(例如剪接体)来介导。CAP在mRNA进入40S核糖体亚基的过程中起着关键作用,通过招募宿主因子促进翻译起始。事实上,CAP被翻译起始因子4F和4B(eIF4F和eIF4B)识别,这些因子是启动蛋白质翻译所必需的。在转录过程中CAP被添加到mRNA的5′端后,其3′末端通过聚腺苷酸化进行延伸,这由一个多蛋白复合物——聚腺苷酸化和裂解复合物(CPAC)介导,该复合物包含约20个单独的蛋白亚基。聚腺苷酸化有利于mRNA的翻译,包括促进mRNA出口、防止mRNA被外切酶降解以及促进转录本环化以启动翻译。完成加帽、内含子去除和聚腺苷酸化后,mRNA被认为是成熟的。然而,它们在转录过程中和之后还可以被进一步修饰,这已在Soto等人的研究中得到了广泛综述。对于出口过程,宿主细胞的一个多蛋白结构——转录-出口(TREX)蛋白复合物被认为在mRNA出口中起着关键作用。与这一观点一致的是,TREX突变酵母显示出mRNA出口缺陷。TREX蛋白复合物由三个部分组成:转录和出口复合体同源亚复合物(THO)、具有天冬氨酸-谷氨酸-X-天冬氨酸(DExD-box)的RNA解旋酶,依赖ATP的RNA解旋酶UAP56也称为DDX39B,以及RNA结合蛋白ALY RNA出口因子(ALYREF)。已报道ICP27中存在功能性的TREX结合结构域,这对于促进病毒mRNA向细胞质的出口至关重要。此外,ICP27和大多数疱疹病毒都编码ICP27同源结构域(IHD),该结构域显示出与ALYREF结合的序列。
ICP27同源蛋白在人类疱疹病毒中的序列相似性与HSV-1的ICP27相比,变化在15.41%到79.45%之间,氨基酸序列水平上的差异因病毒亚科而异。尽管ICP27同源蛋白与HSV-1的ICP27在氨基酸序列上存在重要差异,但这些蛋白在结构上具有显著的同源性,具有相似的功能结构域和特征性的球状结构。ICP27的功能结构是一个同源二聚体,每个单体都采用交叉连接的折叠方式,并且在每个单体中都有一个CHCC锌指结合位点。二聚体亚基的稳定是由广泛的分子间相互作用和结构域交换介导的,涉及两个N端螺旋和两个C端尾部的亚基。此外,每个ICP27单体都包含一个盖子基序,它可以将C端尾部夹在同源二聚体伙伴的球状核心上,而无需形成C端二级结构元素。ICP27的结构特征使得其能够与多种分子相互作用,从而在病毒生命周期中发挥多种功能。
在ICP27同源蛋白的结构域方面,HSV-1的ICP27是一个512个氨基酸(aa)长的蛋白,包含多个功能结构域。从N端到C端依次为:核输出信号(NES)位于aa 4-16之间,酸性天冬氨酸/谷氨酸区域包含两个酪蛋白激酶II(CK2)的磷酸化位点,随后是核定位信号(NLS)位于aa 109-138之间。此外,还存在一个RGG(精氨酸-甘氨酸-甘氨酸)样RNA结合基序位于aa 137-153之间,一个精氨酸富集区域(R-rich)紧随其后,三个K同源结构域(KH1/2/3)位于aa 300-512之间,允许蛋白结合RNA/ssDNA,一个C-X2-C-X4-H-X4-C(CCHC)锌指结构域位于aa 399-487之间,最后是ICP27同源结构域位于aa 242-512之间。HSV-2的ICP27蛋白长度为512个氨基酸,与HSV-1的ICP27有79.45%的同源性。该蛋白的基序与HSV-1的ICP27相似,包括NES结构域位于aa 5-17,NLS位于aa 109-138,RGG结构域位于aa 138-152,IHD结构域位于aa 303-509,锌指结构域位于aa 400-488。与HSV-1的ICP27相比,HSV-2的ICP27缺乏KH结构域。VZV的ICP27同源蛋白IE4是一个452个氨基酸的蛋白,与HSV-1的ICP27有28.01%的同源性。IE4蛋白包含一个位于aa 129-144的NLS,一个位于aa 320-331的NES基序,以及一个位于aa 70-181的RNA结合结构域(RBD),该结构域不是RGG类型。在RBD内部,存在三个精氨酸富集区域(Ra/Rb/Rc)。HCMV的ICP27同源蛋白UL69长度为744个氨基酸,与HSV-1的ICP27有18.95%的序列同源性。UL69是ICP27同源蛋白中结构证据最丰富的蛋白之一,其结构通过透射电子显微镜(TEM)和SEC-MALS在25-50 ?的分辨率下被结晶和解析。UL69的结构域与α疱
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