biokemiske reaktioner, selv dem, der er så komplekse som at replikere DNA-genomet af celler, følger princippet om, at processen reguleres af både substratkoncentrationen og af de stoffer, der medierer processen. Deoksynukleotidtriphosphater (dNTPs), substraterne til DNA-polymerisering af celler, har længe været kendt for at være begrænset i deres koncentration i celler, fordi de syntetiserer deoksynukleotider fra ribonukleotider, ribonukleotidreduktase (RNR), syntetiseres og aktiveres, når celler kommer ind i S-fasen (1, 2). RNR, opdaget af Peter Reichard for 52 år siden (3), konverterer alle fire ribonukleotiddiphosphater (rndp ‘er) til de respektive deoksynukleosiddisposfater (dndp’ er), som derefter hurtigt omdannes til dNTP. Lave niveauer og aktivitet af RNR giver tilstrækkelige dNTPs til mitokondrie-DNA-syntese og til DNA-reparation i ikke-cyklende celler og under G1-fasen i celledelingscyklussen i prolifererende celler, men RNR-niveauer og aktivitet øges enormt, når celler forpligter sig til at replikere DNA i S-fasen i celledelingscyklussen eller efter omfattende DNA-reparation (4). Faktisk er RNR et af de mest regulerede enheder, der er kendt. Dndp ‘er syntetiserer alle fire dndp’ er i en cyklus, aktiveres allosterisk af dATP, dTTP og dgtp for at afbalancere de relative niveauer af de fire dNTPs (dctp, dttp, dGTP og dATP) og er feed-back–hæmmet af dATP, fordi dATP er den sidste dNTP, der skal laves i cyklussen med syntetisering af alle fire dNTPs med et enkelt RNR-middel (1). Specifikke hæmmende proteiner (i gær) styrer også RNR-aktivitet, og RNR-underenheds-niveauer reguleres af cellecyklusafhængig transkription af generne, der koder for underenhederne, og af underenhedsproteinstabilitet (4, 5). På baggrund af disse observationer kan man forvente, at dNTP-syntese ved RNR skal være tilstrækkelig til at kontrollere, hvordan og hvornår genom-DNA-replikation forekommer, fordi RNR kun er maksimalt aktiv i S-fasen. Nylige undersøgelser, herunder dem, der stammer fra fjernstudier af, hvordan HIV-replikation er begrænset til visse celletyper (6, 7), har imidlertid afdækket en ny kontrol af dNTP-niveauer, dNTP-ødelæggelse. Det sterile alfa-motiv og HD-domæne, der indeholder protein 1 (SAMHD1) protein, er et deoksynukleosidtriphosphohydrolase, der spalter dNTPs til det respektive deoksynukleosid og et triphosphat (8). I PNAS, Fransolin et al. (9) viser, at dNTP-destruktion med SAMHD1 også bidrager til dNTP-koncentrationskontrol under celledelingscyklussen for prolifererende celler og derved påvirker både DNA-replikation og cellecyklusprogression.

SAMHD1 indeholder to anerkendte domæner, et Sam (sterilt alfamotiv) domæne med ukendt funktion og et HD-domæne, der indeholder katalytisk asparaginsyre og histidinrester, der danner den katalytiske kerne (8). SAMHD kan kun hydrolysere dGTP, når hver dNTP leveres individuelt, men det kan hydrolysere dTTP, dCTP og dATP, når dGTP er til stede som en cofaktor. dGTP fungerer sandsynligvis som en allosterisk aktivator af det dimeriske middel (8), skønt en nylig rapport antyder, at det kan fungere som en tetramer (10). Observationen om, at SAMHD1 kan nedbryde dGTP alene, og at den samme dNTP allosterisk kan aktivere triphosphohydrolasen, kan være en mekanisme til at afbalancere koncentrationerne af alle fire dNTPs i cellen. Det er muligt, at niveauerne af dNTP bestemmes af dgtp ‘ s affinitet til det allosteriske sted for SAMHD1.et al. (9) demonstrere, at SAMHD1 er tæt involveret i kontrollen af dNTP-niveauer, ikke kun i ikke-cyklende celler, hvor det udtrykkes rigeligt, men også i cykelceller. Deres observation afslutter den tidligere forestilling om, at syntesen af dNTPs ved RNR var den vigtigste mekanisme, der regulerede den intracellulære koncentration af dNTPs under cellecyklussen. SAMHD1 er til stede i kernen i G1-faseceller, mens RNR-underenheder er fremtrædende i cytoplasmaet, hvilket øger deres niveauer i s-faseceller (9). Udtømning af SAMHD1-niveauer i cykelceller øgede dNTP–koncentrationen i ikke-s-faseceller og forårsagede en anholdelse i G1-fasen. Interessant nok forårsagede deregulering af feedbackinhiberingen af RNR i gærceller forhøjede dNTP-niveauer og en anholdelse i G1-fasen, så dNTPs-niveauer har en direkte effekt på kontrol af cellecyklusprogression (11). Ukontrollerede og høje dNTP-koncentrationer vides at være mutagene til genomreplikation (12), hvilket sandsynligvis er grunden til, at celler går meget langt for at parre koncentrationen af alle fire dNTPs intimt til DNA-syntese i S-fasen.

genet, der koder for SAMHD1, blev opdaget som et IFN-LARP–induceret gen i peritoneale makrofager i mus (13). Induktion af SAMHD1 i differentierede celler giver nu mening, fordi kun lave niveauer af dNTP ville være påkrævet i ikke-spredende celler for at opretholde mitokondrier og til DNA-reparation. Det er sandsynligt, at høje dNTP–niveauer kan forårsage problemer med vedligeholdelse af mitokondriefunktionen, hvilket kan forekomme hos patienter med Aicardi-Gouti-Kurrres syndrom (AGS), en genetisk arvelig inflammatorisk encefalopati, der klinisk ligner medfødte virusinfektioner og visse typer autoimmunitet (14). AGS-mutationer i SAMHD1-genet reducerer enten katalytisk aktivitet eller den allosteriske aktivering af dGTP, hvilket begge forårsager en stigning i intracellulære dNTP-niveauer, hvilket kan bidrage til defekt differentiering af medfødte immunceller.

af interesse er observationen, at SAMHD1 begrænser visse lentivira, inklusive HIV1, fra at replikere i ikke-cyklende celler, fordi niveauerne af dNTP ikke er tilstrækkelige til, at den omvendte transkriptase kopierer den indkommende RNA-skabelon. Nogle lentivira, såsom HIV2 og Simian immundefektvirus, bærer et protein kaldet Vpks, der forårsager nedbrydning af SAMHD1, hvorved en stigning i dNTPs og kopiering af RNA-genomet til DNA (6, 8, 15). Km for forskellige omvendte transkriptaser varierer og bidrager til værtscellespecificitet for virusreplikation, en proces påvirket af tilstedeværelsen eller fraværet af SAMHD1 (16). Fænotypen af AGS er i overensstemmelse med SAMHD1-mutationer, der forårsager højere dNTP-niveauer, som igen kan føre til mere robust virusinfektion for vira, der har en DNA-polymerase med en Km, der kræver øgede dNTP-niveauer. Imidlertid vil kun vira, der koder for deres egne DNA-polymeriserende celler, replikere i ikke-cyklende celler, fordi det cellulære maskineri, der replikerer værts-DNA, ikke er aktivt. Når den potente dNTP-triphophohydrolaseaktivitet af SAMHD1 er fjernet, kan viruspolymerasen replikere virusgenomet. Således kan DNA-vira, såsom herpesvirus type 1 og vaccinia-virus, som koder for deres egne DNA-polymeraser, replikere i ikke-cyklende celler, hvis SAMHD1 fjernes (17).

den slående observation af Fransolin et al. (9), at SAMHD1 i cykelceller ikke er til stede i S-fasen, antyder, at den nedbrydes ved allestedsnærværende proteolyse, når celler passerer fra G1-fasen ind i S-fasen. SAMHD1-proteinet kan phosphoryleres af cyclin A-CDK2 (18). Denne kinase aktiveres ved G1-til-S-faseovergangen i humane celler og er ansvarlig for initiering af faktisk DNA-syntese fra præeplikative komplekser, der er samlet under G1-fasen ved alle oprindelser af DNA-replikation (19). En mulighed er, at fosforylering af SAMHD1-primtal Ub-medieret proteolyse ved G1-til-S-faseovergangen (Fig. 1).

nylige undersøgelser har vist, at SAMHD1 er phosphoryleret på et CDK-sted, T592 (18, 20). Mutationer, der ændrer eller efterligner phosphorylering ved denne rest, mistede deres evne til at begrænse HIV-replikation. Disse mutanter bevarede deres evne til at hydrolysere TTP i nærvær af dGTP og ændrede ikke dNTP-niveauer i celler (20). Baseret på disse observationer blev muligheden rejst, at SAMHD1 ‘ s evne til at begrænse retrovirusreplikation ikke var på grund af dets evne til at nedbryde cellulære dNTPs. Imidlertid, denne konklusion skal nu tempereres i lyset af de nylige resultater fra Fransolin et al. (9), fordi dNTP-niveauerne i celler, der udtrykker vildtype versus mutant SAMHD1, blev målt i ikke-cyklende celler (PMA-stimulerede u937 myeloide celler). I modsætning hertil blev vildtype-og mutantproteinernes evne til at begrænse retroviral replikation målt i cykelceller. Måske i de ikke-cyklende celler påvirkes dNTP-phosphohydrolaseaktiviteten ikke af phosphorylering, fordi kinasen er fraværende, eller den relevante E3-ligase, der medierede Ub-afhængig nedbrydning af SAMHD1, udtrykkes ikke. I cykelceller kunne både cyclin A-CDK2 og E3-ligasen imidlertid inducere ødelæggelse af SAMHD1, øge dNTP-niveauer og tillade virusreplikation. Det er klart, at fremtidige undersøgelser er nødvendige for at undersøge, hvordan SAMHD1-niveauer kontrolleres i både cykling og ikke-cyklende celler. Det er vigtigt, at observationen om, at kun G1-fase cykelceller udtrykker SAMHD1, skal tages i betragtning ved fortolkningen af resultater om, hvordan SAMHD1-aktivitet påvirker både genom-og virus-DNA-replikation, og hvordan dNTPs kan påvirke cellulær funktion i medfødt immunitet. På trods af 52 y for at undersøge dNTP stofskifte, der synes at være meget mere at gøre!