APOBEC3G (enzima de edición de ARNm de apolipoproteína B, subunidad catalítica 3G) es una enzima humana codificada por el gen APOBEC3G que pertenece a la superfamilia de proteínas APOBEC . [ 4 ] Se ha sugerido que esta familia de proteínas desempeña un papel importante en la inmunidad antiviral innata . [ 5 ] APOBEC3G pertenece a la familia de las citidina desaminasas que catalizan la desaminación de citidina a uridina en el sustrato de ADN monocatenario. [ 4 ] El dominio C-terminal de A3G confiere actividad catalítica; varias estructuras de RMN y cristal explican la especificidad del sustrato y la actividad catalítica. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
APOBEC3G ejerce una actividad inmunitaria antirretroviral innata contra los retrovirus , especialmente el VIH , al interferir con su replicación. Sin embargo, los lentivirus , como el VIH, han desarrollado la proteína Factor de Infectividad Viral (Vif) para contrarrestar este efecto. Vif interactúa con APOBEC3G y desencadena su ubiquitinación y degradación a través de la vía del proteasoma. [ 14 ] Por otro lado, los virus espumosos producen una proteína accesoria Bet ( P89873 ) que reduce la solubilidad citoplasmática de APOBEC3G. [ 15 ] Estas dos formas de inhibición son distintas entre sí, pero pueden sustituirse mutuamente in vivo . [ 16 ]
Descubrimiento
Fue identificado por primera vez por Jarmuz et al. [ 17 ] como un miembro de la familia de proteínas APOBEC3A a 3G en el cromosoma 22 en 2002 y más tarde también como un factor celular capaz de restringir la replicación del VIH-1 que carece de la proteína accesoria viral Vif . Poco después, se demostró que APOBEC3G pertenecía a una familia de proteínas agrupadas debido a su homología con la citidina desaminasa APOBEC1 .
Estructura
APOBEC3G tiene una estructura simétrica, lo que da como resultado 2 dominios catalíticos homólogos , el dominio N-terminal (CD1) y el dominio C-terminal (CD2), cada uno de los cuales contiene un Zn 2+sitio de coordinación. [ 18 ] Cada dominio también presenta el motivo típico His/Cys-X-Glu-X23–28-Pro-Cys-X2-Cys para las citidina desaminasas. Sin embargo, a diferencia de las citidina desaminasas típicas, APOBEC3G contiene una hélice alfa única entre dos láminas beta en el dominio catalítico que podría ser un sitio de unión de cofactor . [ 19 ] (Figura 1)
CD2 es catalíticamente activo y vital para la desaminación y la especificidad del motivo. CD1 es catalíticamente inactivo, pero muy importante para la unión al ADN y al ARN , y es clave para definir la procesividad 5'->3' de la desaminación de APOBEC3G. [ 20 ] CD2 no tiene actividad desaminasa sin la presencia de CD1. [ 21 ]
La APOBEC3G nativa está compuesta por monómeros , dímeros , trímeros , tetrámeros y oligómeros de orden superior . Si bien se cree que la APOBEC3G funciona como un dímero, es posible que en realidad funcione como una mezcla de monómeros y oligómeros. [ 20 ]
El residuo de aminoácido D128 , ubicado dentro de CD1 (Figura 1), parece ser particularmente importante para las interacciones de APOBEC3G con Vif, ya que una mutación puntual D128K impide la depleción de APOBEC3G dependiente de Vif. [ 22 ] [ 23 ] Además, los aminoácidos 128-130 de APOBEC3G forman un motivo con carga negativa que es fundamental para las interacciones con Vif y la formación de complejos APOBEC3G-Vif. Asimismo, los residuos 124-127 son importantes para la encapsidación de APOBEC3G en viriones del VIH-1 y la actividad antirretroviral resultante. [ 24 ]
Mecanismo de acción
La proteína APOBEC3G ha sido ampliamente estudiada y se han identificado varios mecanismos que afectan negativamente la replicación del VIH-1.
Desaminación de citidina e hipermutación
APOBEC3G y otras proteínas de la misma familia pueden actuar como desaminasas (de citidina) inducidas por activación (AID). APOBEC3G interfiere con la transcripción inversa al inducir numerosas mutaciones de desoxicitidina a desoxiuridina en la cadena negativa del ADN del VIH, expresado principalmente como ADN complementario (ADNc) [ 14 ] de manera procesiva 3'->5'. [ 25 ] Dado que APOBEC3G forma parte de la superfamilia APOBEC y actúa como una AID, es probable que el mecanismo mediado por APOBEC3G para la desaminación de citidina sea similar al de una desaminasa de citidina de E. coli que se sabe que es altamente homóloga a APOBEC1 y AID alrededor de la región de unión de nucleótidos y zinc. La reacción de desaminación predicha es impulsada por un ataque nucleofílico directo en la posición 4 del anillo de pirimidina de la citidina por la enzima coordinada con zinc. Se necesita agua como fuente de un donante de protón y grupo hidroxilo (Figura 2). [ 26 ] La desaminación (y la oxidación resultante) en la posición 4 produce un grupo carbonilo y da como resultado un cambio de citidina a uridina.
La actividad de desaminación finalmente produce hipermutaciones G→A en "puntos calientes" del ADN proviral. Dicha hipermutación destruye la capacidad de codificación y replicación del virus, lo que resulta en muchos viriones no viables. [ 14 ] [ 27 ] APOBEC3G tiene un efecto antiviral mucho más débil cuando su sitio activo ha mutado hasta el punto de que la proteína ya no puede mutar el ADN retroviral. [ 28 ] Originalmente se pensó que la desaminación mediada por APOBEC3G también puede conducir indirectamente a la degradación del ADN viral por sistemas de reparación de ADN atraídos por los residuos mutados. [ 29 ] Sin embargo, esto se ha descartado porque la APOBEC3G humana reduce los niveles de ADNc viral independientemente de las enzimas de reparación de ADN UNG y SMUG1 . [ 30 ]
Interferencia con la transcripción inversa
APOBEC3G interfiere con la transcripción inversa del VIH-1 independientemente de la desaminación del ADN. El ARNt 3Lys normalmente se une al sitio de unión del cebador del VIH-1 para iniciar la transcripción inversa. APOBEC3G puede inhibir la unión del cebador al ARNt 3Lys, afectando así negativamente la producción de ADN monocatenario viral y la infectividad del virus. [ 29 ] Se predice que la transcripción inversa también se ve afectada negativamente por la unión de APOBEC3G al ARN viral y por las alteraciones estéricas que provoca. [ 18 ]
Interferencia con la integración del ADN viral
APOBEC3G se asoció con la interferencia de la integración del ADN viral en el genoma del huésped de una manera dependiente de dominios catalíticos funcionales y actividad desaminasa. Mbisa et al. observaron que APOBEC3G interfiere con el procesamiento y la eliminación del ARNt cebador de la cadena negativa del ADN, lo que da lugar a extremos aberrantes del ADN viral en la repetición terminal larga (LTR) 3'. Estos extremos del ADN viral son sustratos ineficientes para la integración y la transferencia de ADN de cadena positiva. Como resultado, se inhibe la formación del provirus del VIH-1. [ 25 ]
Función biológica
encapsidación del VIH

El ARNm de APOBEC3G se expresa en ciertas células, denominadas células no permisivas, en las que el VIH-1 no puede infectar ni replicarse adecuadamente en ausencia de Vif. Estas células incluyen linfocitos T CD4 primarios fisiológicamente relevantes y macrófagos . [ 32 ] La encapsidación de APOBEC3G en los viriones del VIH-1 es muy importante para la propagación de APOBEC3G y el ejercicio de la actividad antirretroviral. La encapsidación de APOBEC3G puede ocurrir mediante al menos los siguientes cuatro mecanismos propuestos (Figura 3): 1. Empaquetamiento no específico de APOBEC3G . 2. Interacción de APOBEC3G con el ARN del huésped . 3. Interacción de APOBEC3G con el ARN viral . 4. Interacción de APOBEC3G con las proteínas Gag del VIH-1. Solo los dos últimos mecanismos han recibido un amplio respaldo. [ 31 ]
La cantidad que se incorpora a los viriones depende del nivel de expresión de APOBEC3G dentro de la célula que produce el virión. Xu et al. realizaron estudios con células PBMC y encontraron que, en ausencia de Vif, se incorporaron 7 ± 4 moléculas de APOBEC3G a los viriones, lo que resultó en una potente inhibición de la replicación del VIH-1. [ 33 ]
Además de disuadir la replicación de retrovirus exógenos, A3G también actúa sobre retrovirus endógenos humanos , dejando en ellos firmas similares de hipermutaciones. [ 34 ] [ 35 ]
Relevancia de la enfermedad
APOBEC3G se expresa en las células no permisivas y es un factor inhibidor clave de la replicación e infectividad del VIH-1. Sin embargo, Vif contrarresta este factor antirretroviral, permitiendo la producción de viriones de VIH-1 viables e infecciosos en presencia de la actividad de APOBEC3G. [ 32 ] [ 36 ] En particular, Vif impide la incorporación de APOBEC3G a los viriones de VIH-1 y promueve la destrucción de la enzima de manera independiente de todas las demás proteínas del VIH-1. [ 37 ]
Aunque APOBEC3G se ha estudiado tradicionalmente como una proteína vital que exhibe potentes efectos antivirales sobre el VIH-1, estudios recientes han dilucidado el potencial de la mutación mediada por APOBEC3G para ayudar a facilitar la propagación del VIH-1. El número de desaminaciones en las regiones preferidas varía de una a muchas, posiblemente dependiendo del tiempo de exposición a APOBEC3G. [ 27 ] Además, se ha demostrado que existe una respuesta de dosis entre la concentración intracelular de APOBEC3G y el grado de hipermutación viral. [ 38 ] Se ha demostrado que algunos provirus del VIH-1 con mutación mediada por APOBEC3G prosperan porque llevan muy pocas mutaciones en los puntos calientes de APOBEC3G o porque ha ocurrido la recombinación entre un provirus letalmente restringido por APOBEC3G y un provirus viable. [ 39 ] Esta mutagénesis subletal contribuye a una mayor diversidad genética entre la población del virus VIH-1, lo que demuestra el potencial de APOBEC3G para mejorar la capacidad del VIH-1 de adaptarse y propagarse.
Referencias
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- Genes en el cromosoma 22 humano
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- VIH/SIDA