236上海师范大学学报(自然科学版)J. Shanghai Normal Univ.Nat.Sci.)2020年 能,促进 APOBEC1在相关领域的研究,本文作者总结了近年来 APOBEC1在生物功能方面的研究进展 介绍了基于同源建模预测的 APOBECI编辑胞嘧啶脱氨基化的分子机制, APOBECI与辅助蛋白如何形 成复合物识别并编辑 ApoB mRNA的机制,和 APObeC在逆转录病毒以及疾病方面的研究成果 1 APOBEC1研究进展 1.1 APOBEC1功能域及结构研究 APOBECI最初在 ApoB mRNA编辑事件中被发现,人源 APOBEC1与兔源 APOBECI包含236个氨基 酸(a),大鼠 APOBEC1与小鼠 APOBEC1包含229aa,人源 APOBEC1与大鼠 APOBEC1具有69%的序列 相似性,构成锌指结构域的脱氨基活性位点H-X-E-X23-C-PX2C在 APOBEC同源蛋白中也十分 保守;N端的碱性氨基酸R15,R16,R17,R33和K34被认为是核定位信号的一部分η,它们对编辑反 应很重要 MEHTA等发现, APOBEC1的N端区域可能参与辅助蛋白的结合 APOBEC1蛋白均在C端 173-~210aa处具有一段保守的亮氨酸富集区域180~196aa.L.80,L182,I185和L189的单突变体,以及 P190AP191A双突变体均导致 APOBECI部分或几乎完全失去编辑活性同位素标记以及高效液相色 谱分析显示: APObeC1可能以同源二聚体的方式存在,而 APOBEC1的C端残基196-210a和221 229aa对二聚体的形成有很重要的影响,如图2所示,其次C端缺失的 APOBEC1突变体( APOBEC1截 短体1~172aa和截短体1-196a)无法二聚并且无法编辑 ApoB mRNA1, IKEDA等发现 APObeC的 二聚结构需要RNA分子的介导 APObEC1还能对单链DNA的胞嘧啶进行脱氨基催化,基于酵母脱氨 酶晶体结构模拟的 APOBECI结构模型支持这一结论 IKEDA等发现兔源 APOBECI的C端亮氨酸富 集区以及2个二聚体结构域均参与了其包装到HIV-1病毒粒子中的过程,C端结构域同时也是 APOBECI对病毒cDNA和基因组RNA发挥脱氨基活性必不可少的部分 human-APOBECI 80196210221229236 catalytic domain leucine- rich mot 图2人源 APOBEC1蛋白的结构域组成示意图 1.2 APOBEC1催化胞嘧啶脱氨基化的可能机制 APOBEC1能够特异性催化 ApoB mRNA第66位的胞嘧啶Cw脱氨基化转变为尿嘧啶(Uw),即 ApoB mRNA C-to-U编辑,该处密码子则由 CesaA(Q2153)突变为终止密码子UAA,经过编辑的ApoB mRNA翻译后得到ApoB蛋白的截短体Apo48(相对分子质量为24100),.未经编辑的 ApoB mRNA则翻译为 全长的ApoB100相对分子质量为5120004,如图3(a)所示,ApoB100在血液中运输内源性胆固醇和甘油三酸 酯而截短体ApoB48可代谢膳食脂类,但ApoB100结合胆固醇并在血液中运输时有可能增加动脉粥样硬化的 风险,所以 APOBEC1对 ApoB mRNA的脱氨基催化产物ApoB48可能降低动脉样硬化的风险, APOBEC1催 化活性中心是一个锌指结构域,如图1(b)所示,脱氨基化活性位点为His-X-CGlu-X2-x-Cys-Pro-X2-Cys,主 要识别底物是RNA,也有硏究报道 APOBEC1能对DNA胞嘧啶催化脱氨基化口 W.HARRIS等根据细菌 以及酵母胞嘧啶脱氨酶的结构硏究预测了 APOBEC蛋白对单链DNA脱氨基催化的分子机制,如图3(b) 所示,首先,活性位点的组氨酸(His)和半胱氨酸(Cys)与锌离子(Zn2)配位,此时一个水分子靠近活性位 点;随后水分子在Zn2作用下与谷氨酸(Glu)反应后生成一个氢氧根离子(OH),激活了锌指结构域;激 活后的Glu将胞嘧啶环的N3质子化,导致N3与C4双键不稳定,此时C4易于OH的进攻;OH进攻C4后 其质子氢被Glu鳌合,形成四面体的过渡态;最终,胞嘧啶的氨基侧基(-NH2)接受了被Ghu螯合的质子上海师范大学学报（自然科学版） J. Shanghai Normal Univ（. Nat. Sci.） 2020年 能，促进APOBEC1在相关领域的研究，本文作者总结了近年来APOBEC1在生物功能方面的研究进展， 介绍了基于同源建模预测的 APOBEC1编辑胞嘧啶脱氨基化的分子机制，APOBEC1与辅助蛋白如何形 成复合物识别并编辑ApoB mRNA的机制，和APOBEC1在逆转录病毒以及疾病方面的研究成果. 1 APOBEC1研究进展 1.1 APOBEC1功能域及结构研究 APOBEC1最初在ApoB mRNA编辑事件中被发现.人源APOBEC1与兔源APOBEC1包含236个氨基 酸（aa），大鼠 APOBEC1与小鼠 APOBEC1包含 229aa，人源 APOBEC1与大鼠 APOBEC1具有 69% 的序列 相似性［5］ ，构成锌指结构域的脱氨基活性位点H-X-E-X23-28-C-P-X2-4-C在APOBEC1同源蛋白中也十分 保守［4］ ；N端的碱性氨基酸 R15，R16，R17，R33和 K34被认为是核定位信号的一部分［6-7］ ，它们对编辑反 应很重要［8］ .MEHTA等［9］ 发现，APOBEC1的N端区域可能参与辅助蛋白的结合.APOBEC1蛋白均在C端 173~210 aa 处具有一段保守的亮氨酸富集区域 180~196 aa.L180，L182，I185 和 L189 的单突变体，以及 P190A/P191A双突变体均导致APOBEC1部分或几乎完全失去编辑活性［8］ .同位素标记以及高效液相色 谱分析显示：APOBEC1 可能以同源二聚体的方式存在［10］ ，而 APOBEC1 的 C 端残基 196~210 aa 和 221~ 229 aa对二聚体的形成有很重要的影响［8］ ，如图2所示.其次C端缺失的APOBEC1突变体（APOBEC1截 短体1~172 aa和截短体1~196 aa）无法二聚并且无法编辑ApoB mRNA［8，11］ ，IKEDA等［5］ 发现APOBEC1的 二聚结构需要RNA分子的介导.APOBEC1还能对单链DNA的胞嘧啶进行脱氨基催化［12］ ，基于酵母脱氨 酶晶体结构模拟的APOBEC1结构模型支持这一结论［13］ .IKEDA等［5］ 发现兔源APOBEC1的C端亮氨酸富 集区以及 2 个二聚体结构域均参与了其包装到 HIV-1 病毒粒子中的过程，C 端结构域同时也是 APOBEC1对病毒cDNA和基因组RNA发挥脱氨基活性必不可少的部分. 1.2 APOBEC1催化胞嘧啶脱氨基化的可能机制 APOBEC1 能够特异性催化 ApoB mRNA 第 6666 位的胞嘧啶 C6666脱氨基化转变为尿嘧啶（U6666），即 ApoB mRNA C-to-U编辑，该处密码子则由C6666AA（Q2153）突变为终止密码子U6666AA，经过编辑的ApoB mRNA翻译后得到ApoB蛋白的截短体ApoB48（相对分子质量为241 000），未经编辑的ApoB mRNA则翻译为 全长的ApoB100（相对分子质量为512 000）［14］ ，如图3（a）所示.ApoB100在血液中运输内源性胆固醇和甘油三酸 酯，而截短体ApoB48可代谢膳食脂类［15］ ，但ApoB100结合胆固醇并在血液中运输时有可能增加动脉粥样硬化的 风险［16］ ，所以APOBEC1对ApoB mRNA的脱氨基催化产物ApoB48可能降低动脉粥样硬化的风险.APOBEC1催 化活性中心是一个锌指结构域，如图1（b）所示，脱氨基化活性位点为His-X-Glu-X23-28-Cys-Pro-X2-4-Cys［4］ ，主 要识别底物是RNA，也有研究报道APOBEC1能对DNA胞嘧啶催化脱氨基化［12，17］ .HARRIS等［1］ 根据细菌 以及酵母胞嘧啶脱氨酶的结构研究预测了APOBEC蛋白对单链DNA脱氨基催化的分子机制，如图3（b） 所示.首先，活性位点的组氨酸（His）和半胱氨酸（Cys）与锌离子（Zn2+ ）配位，此时一个水分子靠近活性位 点；随后水分子在Zn2+ 作用下与谷氨酸（Glu）反应后生成一个氢氧根离子（OH- ），激活了锌指结构域；激 活后的Glu将胞嘧啶环的N3质子化，导致N3与C4双键不稳定，此时C4易于OH- 的进攻；OH- 进攻C4后 其质子氢被 Glu螯合，形成四面体的过渡态；最终，胞嘧啶的氨基侧基（-NH2 ）接受了被 Glu螯合的质子 图2 人源APOBEC1蛋白的结构域组成示意图 236