biokemiallisia reaktioita, jopa niinkin monimutkaisia kuin solujen DNA-genomin monistuminen, noudattavat periaatetta, jonka mukaan prosessia säätelevät sekä substraattipitoisuus että prosessia välittävät entsyymit. Deoksinukleosiditrifosfaattien (DNTPS), DNA: n polymeroivien entsyymien substraattien, pitoisuuksien soluissa on jo pitkään tiedetty olevan rajallisia, koska ribonukleotideista syntesoiva entsyymi, ribonukleotidireduktaasi (RNR), syntetisoidaan ja aktivoidaan entsymaattisesti solujen siirtyessä s-vaiheeseen (1, 2). RNR, jonka Peter Reichard löysi 52 vuotta sitten (3), Muuntaa kaikki neljä ribonukleotididifosfaattia (rNDPs) vastaaviksi deoksinukleosididifosfaateiksi (dNDPs), jotka sitten muunnetaan nopeasti dntp: ksi. RNR: n alhaiset tasot ja aktiivisuus antavat riittävän dNTPs: n mitokondrioiden DNA-synteesiin ja DNA: n korjaukseen ei-syklisissä soluissa ja solunjakautumissyklin G1-vaiheen aikana jakautuvissa soluissa, mutta RNR-tasot ja aktiivisuus lisääntyvät valtavasti, kun solut sitoutuvat replikoimaan DNA: ta solunjakautumissyklin s-vaiheessa tai laajan DNA-korjauksen jälkeen (4). RNR onkin yksi parhaiten säännellyistä tunnetuista entsyymeistä. Nisäkkäiden entsyymi syntetisoi kaikki neljä dndps: ää syklissä, dATP, dTTP ja dgtp aktivoivat sen allosteerisesti tasapainottaakseen neljän dntps: n (dCTP, dTTP, dGTP ja dATP) suhteellisia tasoja ja dATP estää sen syötön takaisin, koska dATP on viimeinen dntp, joka tehdään syklissä, jossa kaikki neljä dntps syntetisoidaan yhdellä RNR-entsyymillä (1). Spesifiset inhiboivat proteiinit (hiivoissa) säätelevät myös RNR-aktiivisuutta ja RNR-alayksiköiden tasoja säätelevät solusyklistä riippuvainen alayksiköitä koodaavien geenien transkriptio ja alayksiköiden proteiinien stabiilius (4, 5). Näiden havaintojen perusteella voidaan olettaa, että RNR: n dntp-synteesin pitäisi riittää kontrolloimaan sitä, miten ja milloin genomin DNA replikaatio tapahtuu, koska RNR on maksimaalisesti aktiivinen vain S-vaiheen aikana. Kuitenkin viimeaikaiset tutkimukset, mukaan lukien kaukaa tulleet tutkimukset siitä, miten HIV replikaatio on rajoitettu tiettyihin solutyyppeihin (6, 7), ovat paljastaneet uuden kontrollin dNTP-tasoille, dntp destruction. Steriili alfa-motif ja HD-domeeni, joka sisältää proteiini 1: tä (SAMHD1), on deoksinukleosiditrifosfohydrolaasi, joka pilkkoo dntps: n vastaavaan deoksinukleosidiin ja trifosfaattiin (8). PNAS, Franzolin et al. (9) osoitettava, että SAMHD1: n aiheuttama dntp: n tuhoutuminen edistää myös dntp: n pitoisuuden valvontaa jakautuvien solujen solunjakautumissyklin aikana, mikä vaikuttaa sekä DNA: n replikaatioon että solusyklin etenemiseen.

SAMHD1 sisältää kaksi tunnistettua domeenia, SAM (steriili alfa motif) domeenin, jonka funktio on tuntematon, ja HD-domeenin, joka sisältää katalyyttisiä asparagiinihappo-ja histidiinijäämiä, jotka muodostavat entsyymin katalyyttisen ytimen (8). SAMHD voi hydrolysoida dGTP: tä vain, kun jokainen dntp annetaan erikseen, mutta se voi hydrolysoida dTTP: tä, dCTP: tä ja dATP: tä, kun dgtp on läsnä kofaktorina. dGTP toimii todennäköisesti dimeerisen entsyymin allosteerisena aktivaattorina (8), vaikka tuoreen raportin mukaan entsyymi voi toimia tetrameerinä (10). Havainto, että SAMHD1 voi hajottaa dgtp: tä yksin ja että sama dntp voi allosteerisesti aktivoida trifosfohydrolaasin, voi olla yksi mekanismi tasapainottamaan kaikkien neljän dntps: n pitoisuuksia solussa. On mahdollista, että dntp: n tasot määräytyvät dgtp: n affiniteetin mukaan SAMHD1: n allosteeriseen kohtaan.

Franzolin ym. (9) osoitettava, että SAMHD1 osallistuu läheisesti dntp-tasojen valvontaan, ei ainoastaan sykloimattomissa soluissa, joissa entsyymiä esiintyy runsaasti, vaan myös syklisissä soluissa. Niiden havainnointi päättyy aiempaan käsitykseen, että RNR: n dntps: n synteesi oli tärkein mekanismi, joka sääteli dntps: n solunsisäistä pitoisuutta solusyklin aikana. SAMHD1 on läsnä G1-vaiheen solujen tumassa, kun taas RNR-alayksiköt ovat näkyvästi sytoplasmassa, mikä lisää niiden pitoisuuksia S-vaiheen soluissa (9). Samhd1-pitoisuuksien väheneminen syklisoluissa lisäsi dntp-pitoisuutta ei-S-faasisoluissa ja aiheutti pysähtymisen G1-faasissa. Mielenkiintoista on, että RNR: n takaisinkytkennän eston sääntelyn purkaminen hiivasoluissa aiheutti kohonneita dNTP-tasoja ja pysäytyksen G1-vaiheessa, joten dNTPs-tasoilla on suora vaikutus solusyklin etenemisen valvontaan (11). Kontrolloimattomat ja korkeat dNTP-pitoisuudet tiedetään mutageenisiksi genomin replikointia varten (12), mikä on todennäköisin syy siihen, miksi solut menevät pitkälle parittaakseen läheisesti kaikkien neljän dntps: n pitoisuuden DNA-synteesiin S-vaiheen aikana.

SAMHD1: tä koodaava geeni löydettiin IFN-γ: n indusoimana geeninä hiiren vatsakalvon makrofageista (13). Samhd1: n induktio erilaistuneissa soluissa on nyt järkevää, koska proliferoitumattomissa soluissa tarvittaisiin vain vähän dntp: tä mitokondrioiden ylläpitoon ja DNA: n korjaamiseen. On todennäköistä, että korkea dNTP–taso voi aiheuttaa mitokondrioiden toiminnan ylläpitoon liittyviä ongelmia, joita saattaa esiintyä potilailla, joilla on Aicardi-Goutièresin oireyhtymä (AGS), geneettisesti perinnöllinen tulehduksellinen enkefalopatia, joka kliinisesti muistuttaa synnynnäisiä virusinfektioita ja tietyntyyppisiä autoimmuunitauteja (14). SAMHD1-geenin AGS-mutaatiot vähentävät joko katalyyttistä aktiivisuutta tai dgtp: n allosteerista aktivaatiota, jotka molemmat aiheuttavat solunsisäisten dntp-tasojen lisääntymistä, mikä voi edistää synnynnäisten immuunisolujen puutteellista erilaistumista.

kiinnostava on havainto, että SAMHD1 rajoittaa tiettyjen lentivirusten, myös HIV1: n, replikoitumista ei-syklisissä soluissa, koska dntp: n tasot eivät riitä käänteiskopioijaentsyymin kopioimiseen saapuvasta RNA-mallista. Jotkut lentivirukset, kuten HIV2 ja Simian Immunodeficiency Virus, kuljettavat sisään VPX-nimistä proteiinia, joka aiheuttaa samhd1: n hajoamisen, mikä mahdollistaa dntps: n lisääntymisen ja RNA-genomin kopioimisen DNA: ksi (6, 8, 15). Eri käänteiskopioijaentsyymien Km vaihtelee ja vaikuttaa isäntäsolun spesifisyyteen viruksen replikaatiossa, johon vaikuttaa SAMHD1: n (16) esiintyminen tai puuttuminen. AGS: n fenotyyppi on yhtäpitävä samhd1-mutaatioiden kanssa, jotka aiheuttavat suurempia dNTP-tasoja, mikä puolestaan voi johtaa voimakkaampaan virustartuntaan viruksille, joiden DNA-polymeraasi on Km, joka vaatii kohonneita dntp-tasoja. Kuitenkin vain virukset, jotka koodaavat omia DNA: ta polymeroivia entsyymejä, monistuvat ei-syklisissä soluissa, koska isäntä-DNA: ta monistava solukoneisto ei ole aktiivinen. Kun samhd1: n voimakas dntp-triphofohydrolaasiaktiivisuus on poistettu, viruksen polymeraasi voi monistaa viruksen genomin. Näin ollen DNA-virukset, kuten herpes simplex-virus tyyppi 1 ja vaccinia-virus, jotka koodaavat omia DNA-polymeraasejaan, voivat monistua ei-soluissa, jos SAMHD1 poistetaan (17).

franzolinin ym.tekemä hätkähdyttävä havainto. (9), että syklisissä soluissa SAMHD1 ei esiinny S-vaiheessa, viittaa siihen, että se hajoaa ubikitiiniriippuvaisen proteolyysin vaikutuksesta solujen siirtyessä G1-vaiheesta s-vaiheeseen. Samhd1-proteiinia voi fosforyloida sykliini a-CDK2 (18). Tämä kinaasi aktivoituu G1-s-faasimurroksessa ihmissoluissa ja on vastuussa varsinaisen DNA-synteesin aloittamisesta PREREPLIKATIIVISISTA komplekseista, jotka on koottu G1-vaiheen aikana kaikissa DNA: n replikaation alkulähteissä (19). Yksi mahdollisuus on, että samhd1: n fosforylaatio primeeraa entsyymin Ub-välitteistä proteolyysiä G1-s-faasisiirtymässä (Fig. 1).

viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että SAMHD1 fosforyloituu CDK-kohdassa T592 (18, 20). Mutaatiot, jotka muuttavat tai jäljittelevät fosforylaatiota tässä jäämässä, menettivät kykynsä rajoittaa HIV: n replikaatiota. Nämä mutantit säilyttivät kykynsä hydrolysoida TTP: tä dGTP: n läsnä ollessa eivätkä muuttaneet dntp: n pitoisuuksia soluissa (20). Näiden havaintojen perusteella esitettiin mahdollisuus, että SAMHD1: n kyky rajoittaa retrovirusten replikaatiota ei johtunut sen kyvystä hajottaa solujen dntp: tä. Tätä johtopäätöstä on kuitenkin nyt lievennettävä franzolinin ym.viimeaikaisten tulosten valossa. (9), koska dntp-tasot soluissa, jotka ilmentävät villityyppiä verrattuna mutanttiin SAMHD1: een, mitattiin ei-syklisistä soluista (PMA-stimuloidut U937-myelooiset solut). Sen sijaan villityyppisten ja mutanttiproteiinien kykyä rajoittaa retroviraalista replikaatiota mitattiin kiertävissä soluissa. Ehkä ei-syklisissä soluissa fosforylaatio ei vaikuta dntp-fosfohydrolaasin aktiivisuuteen, koska kinaasi puuttuu, tai samhd1: n Ub-riippuvaista hajoamista välittävää relevanttia E3-ligaasia ei ilmaista. Syklisissä soluissa sekä sykliini a-CDK2 että E3-ligaasi voivat kuitenkin aiheuttaa samhd1: n tuhoutumista, mikä nostaa dntp-tasoja ja mahdollistaa viruksen replikaation. On selvää, että tulevaisuudessa tarvitaan tutkimuksia sen selvittämiseksi, miten SAMHD1-pitoisuuksia kontrolloidaan sekä pyöräilevissä että ei-pyörivissä soluissa. Tärkeää on, että havainto siitä, että vain G1-vaiheen sykliset solut ilmaisevat SAMHD1: tä, on otettava huomioon tulkittaessa tuloksia siitä, miten SAMHD1: n aktiivisuus vaikuttaa sekä genomin että viruksen DNA: n replikaatioon ja miten dNTPs voi vaikuttaa solujen toimintaan synnynnäisessä immuniteetissa. Huolimatta 52 y tutkii dntp aineenvaihduntaa, siellä näyttää olevan paljon enemmän tekemistä!