Biochemických reakcí, a to i ty složité jako replikace DNA genomu buňky, se řídí zásadou, že proces je regulován obě koncentrace substrátu a enzymů, které zprostředkovávají proces. Deoxynucleoside trifosfáty (dntp), substráty pro DNA vyvolá enzymy, už dlouho známo, že být omezena v jejich koncentraci v buňkách, protože enzym, který syntetizuje deoxynukleotidů z ribonukleotidů, ribonukleotid reduktáza (RNR), je syntetizován a enzymaticky aktivovány buňky vstoupí do S fáze (1, 2). RNR, kterou objevili Peter Reicharda 52 y před (3), převede všechny čtyři ribonukleotid difosforečnany (rNDPs) na příslušné deoxynucleoside disposphates (dNDPs), které se pak rychle mění na dNTP. Nízké hladiny a aktivity RNR poskytnout dostatečné dntp pro mitochondriální DNA syntézy a opravy DNA v noncycling buněk v G1 fázi buněčného dělení cyklu v proliferujících buněk, ale RNR úrovně a aktivity jsou velmi vzrostla stejně jako buňky zavázat k replikaci DNA v S-fázi buněčného dělení cyklu, nebo po rozsáhlé opravy DNA (4). Ve skutečnosti je RNR jedním z nejvíce známých regulovaných enzymů. Savčí enzym syntetizuje všechny čtyři dNDPs v cyklu, je allosterically aktivován dATP, dTTP a dGTP do rovnováhy relativní úrovně ze čtyř dntp (dCTP, dTTP, dGTP a dATP), a je feed-back–inhibován dATP, protože dATP je poslední dNTP musí být provedena v cyklu syntetizovat všechny čtyři dntp jeden RNR enzymu (1). Specifické inhibiční proteiny (v kvasinkách) také řídí aktivitu RNR a hladiny RNR podjednotek jsou regulovány transkripcí genů kódujících podjednotky závislou na buněčném cyklu a stabilitou proteinu podjednotky (4, 5). Na základě těchto pozorování lze očekávat, že syntéza dNTP pomocí RNR by měla být dostatečná pro kontrolu toho, jak a kdy dochází k replikaci DNA genomu, protože RNR je maximálně aktivní pouze během fáze S. Nicméně, nedávné studie, včetně těch, vznikající z daleko do ciziny, studie o tom, jak HIV replikace je omezeno na určité typy buněk (6, 7), odhalili novou kontrolu dNTP úrovně, dNTP zničení. Sterilní alfa motiv a protein 1 obsahující HD doménu (SAMHD1) je deoxynukleosidtrifosfohydroláza, která štěpí dNTPs na příslušný deoxynukleosid a trifosfát (8). V PNAS, Franzolin et al. (9) ukázat, že destrukce dNTP SAMHD1 také přispívá ke kontrole koncentrace dNTP během cyklu buněčného dělení proliferujících buněk, čímž ovlivňuje replikaci DNA i progresi buněčného cyklu.

SAMHD1 obsahuje dvě uznávané domén, SAM (sterile alpha motif) doménu neznámé funkce, a na HD domény, která obsahuje katalytickou kyselina asparagová a histidin zbytky, které tvoří katalytické jádro enzymu (8). SAMHD může pouze rozpouštějí dGTP, kdy každý dNTP je poskytována individuálně, ale to může rozpouštějí dTTP, dCTP, dATP dGTP, když je přítomna jako kofaktor. dGTP s největší pravděpodobností působí jako alosterický aktivátor dimerní enzym (8), přestože nedávná zpráva naznačuje, že enzym může fungovat jako tetramer (10). Pozorování, že SAMHD1 může degradovat dgtp sám a že stejný dNTP může alostericky aktivovat trifosfohydrolázu, může být jedním z mechanismů pro vyvážení koncentrací všech čtyř dntp v buňce. Je možné, že hladiny dNTP jsou určeny afinitou dGTP k alosterickému místu SAMHD1.

Franzolin et al. (9) prokázat, že SAMHD1 je důvěrně zapojený do kontroly dNTP úrovních, nejen v noncycling buněk, kde enzym je hojně exprimován, ale také v cyklistice buněk. Jejich pozorování končí předchozí představu, že syntéza dntp pomocí RNR byla hlavním mechanismem, který reguloval intracelulární koncentraci dntp během buněčného cyklu. SAMHD1 je přítomen v jádru buněk fáze G1, zatímco podjednotky RNR jsou prominentní v cytoplazmě, což zvyšuje jejich hladiny v buňkách fáze s (9). Deplece hladin SAMHD1 v cyklických buňkách zvýšila koncentraci dNTP v buňkách bez fáze S a způsobila zástavu ve fázi G1. Zajímavé je, že deregulace zpětné vazby inhibice RNR v kvasinkových buňkách způsobilo zvýšené dNTP úrovně a zatčení v G1 fázi, takže dntp hladiny mají přímý vliv na regulaci buněčného cyklu progrese onemocnění (11). Nekontrolované a vysoké koncentrace dNTP jsou známo, že je mutagenní pro genomu replikace (12), což je pravděpodobně důvod, proč buněk jít do krajnosti, aby pár důvěrně koncentrace všech čtyř dntp pro syntézu DNA během S fáze.

gen kódující SAMHD1 byl objeven jako gen indukovaný IFN-γ v myších peritoneálních makrofágech (13). Indukce SAMHD1 v diferencovaných buňkách má nyní smysl, protože v neproliferačních buňkách by byly vyžadovány pouze nízké hladiny dNTP k udržení mitochondrií a k opravě DNA. Je pravděpodobné, že vysoké dNTP úrovních může způsobit problémy s údržbou mitochondriální funkce, které se mohou vyskytnout u pacientů s Aicardi–Goutières Syndrom (AGS), geneticky dědičné zánětlivé encefalopatie, že klinicky se podobá vrozené virové infekce a některé druhy autoimunity (14). AGS mutace v SAMHD1 gen snížit buď katalytickou aktivitu nebo allosterická aktivace tím, dGTP, jak způsobuje zvýšení intracelulární dNTP v krvi, což může přispět k defektní diferenciace vrozených imunitních buněk.

zájmu je pozorování, že SAMHD1 omezuje některé lentiviruses, včetně HIV 1, z replikace v noncycling buňky, protože hladiny dNTP nejsou dostatečné pro reverzní transkriptázy kopírovat příchozí RNA šablony. Některé lentiviruses, jako HIV2 a Opičí Imunodeficience, nosit v proteinu zvaného Vpx, která způsobuje degradaci SAMHD1, čímž umožňuje zvýšení dntp a kopírování RNA genomu do DNA (6, 8, 15). Km pro různé reverzní transkriptázy se liší a přispívají ke specificitě hostitelských buněk pro replikaci viru, což je proces ovlivněný přítomností nebo nepřítomností SAMHD1 (16). Fenotyp AGS je v souladu s mutacemi SAMHD1 způsobujícími vyšší hladiny dNTP, což by zase mohlo vést k robustnější virové infekci u virů, které mají DNA polymerázu S Km, která vyžaduje zvýšené hladiny dNTP. V necyklických buňkách se však replikují pouze viry, které kódují vlastní enzymy polymerující DNA, protože buněčný stroj, který replikuje hostitelskou DNA, není aktivní. Jakmile je odstraněna silná dNTP trifofohydrolázová aktivita SAMHD1, virová polymeráza může replikovat virový genom. DNA viry, jako je virus herpes simplex typu 1 a virus vaccinia, které kódují své vlastní DNA polymerázy, se tedy mohou replikovat v necyklických buňkách, pokud je odstraněn SAMHD1 (17).

pozoruhodné pozorování Franzolin et al. (9), že v cyklistice buňky SAMHD1 není přítomen v S-fázi, naznačuje, že je degradován ubiquitin-dependentní proteolýza jako buňky tranzitu z G1 fáze do S fáze. Protein SAMHD1 může být fosforylován cyklinem a-CDK2 (18). Tato kináza je aktivována v G1-S fáze přechodu v lidských buňkách a je zodpovědný za zahájení skutečné syntézu DNA z prereplicative komplexy, které byly sestaveny během G1 fáze na všech počátky replikace DNA (19). Jedna možnost je, že fosforylace SAMHD1 prvočísel Ub-zprostředkované proteolýzy enzymu v G1-S fáze přechodu (Obr. 1).

nedávné studie ukázaly, že SAMHD1 je fosforylován v místě CDK, T592 (18, 20). Mutace, které mění nebo napodobují fosforylaci na tomto zbytku, ztratily schopnost omezit replikaci HIV. Tyto mutanty si zachovaly svou schopnost hydrolyzovat TTP v přítomnosti dGTP a neměnily hladiny dNTP v buňkách (20). Na základě těchto pozorování byla vznesena možnost, že schopnost SAMHD1 omezit replikaci retroviru nebyla způsobena jeho schopností degradovat buněčné dntp. Tento závěr však musí být nyní zmírněn s ohledem na nedávné výsledky Franzolin et al. (9), protože hladiny dNTP v buňkách exprimujících divoký typ versus mutantní SAMHD1 byly měřeny v necyklických buňkách (myeloidní buňky stimulované PMA U937). Naproti tomu schopnost divokého typu a mutantních proteinů omezit retrovirovou replikaci byla měřena v cyklických buňkách. Možná, že v noncycling buněk dNTP phosphohydrolase činnost není ovlivněna fosforylací, protože kinázy chybí, nebo příslušné E3-ligázy, že zprostředkované Ub-dependentní degradaci SAMHD1 není vyjádřen. V cyklických buňkách by však cyklin a-CDK2 i E3-ligáza mohly vyvolat destrukci SAMHD1, zvýšit hladiny dNTP a umožnit replikaci viru. Je zřejmé, že budoucí studie jsou potřebné k prozkoumání toho, jak jsou hladiny SAMHD1 kontrolovány v cyklických i necyklických buňkách. Důležitější je zjištění, že pouze G1-fáze cyklistika buňky express SAMHD1 budou muset být vzaty v úvahu při interpretaci výsledků, jak SAMHD1 činnost ovlivňuje jak genom a virus, DNA replikaci a jak dntp mohou ovlivnit buněčné funkce vrozené imunity. Přes 52 y zkoumání metabolismu dNTP, zdá se, že je toho mnohem víc!