biokémiai reakciók, még azok is, amelyek olyan összetettek, mint a sejtek DNS-genomjának replikálása, azt az elvet követik, hogy a folyamatot mind a szubsztrátkoncentráció, mind a folyamatot közvetítő enzimek szabályozzák. A DNS-polimerizáló enzimek szubsztrátjai, a dezoxinukleozid-trifoszfátok (dntp-k) régóta ismert, hogy koncentrációjuk korlátozott a sejtekben, mivel a dezoxinukleotidokat ribonukleotidokból szintetizáló enzim, a ribonukleotid-reduktáz (RNR) szintetizálódik és enzimatikusan aktiválódik, amikor a sejtek belépnek az S fázisba (1, 2). Az Rnr, amelyet Peter Reichard fedezett fel 52 y ezelőtt (3), mind a négy ribonukleotid-difoszfátot (rndp) átalakítja a megfelelő dezoxinukleozid-diszfoszfátokká (dndp-k), amelyeket ezután gyorsan átalakítanak dNTP-vé. Az RNR alacsony szintje és aktivitása elegendő dntp-t biztosít a mitokondriális DNS-szintézishez és a DNS-helyreállításhoz a nem-újrahasznosító sejtekben és a sejtosztódási ciklus G1 fázisában a proliferáló sejtekben, de az RNR-szintek és-aktivitás nagymértékben megnő, mivel a sejtek elkötelezik magukat a DNS-replikáció mellett a sejtosztódási ciklus S fázisában vagy a kiterjedt DNS-javítás után (4). Valójában az RNR az egyik legszigorúbban szabályozott enzim. Az emlős enzim mind a négy dndp-t szintetizálja egy ciklusban, a dATP, a dTTP és a dGTP alloszterikusan aktiválja a négy dntp (dCTP, dTTP, dGTP és dATP) relatív szintjének kiegyensúlyozására, és a dATP visszacsatolást gátol, mivel a dATP az utolsó dNTP, amelyet mind a négy dntp egyetlen RNR enzim általi szintetizálásának ciklusában készítettek (1). A specifikus gátló fehérjék (élesztőkben) szintén szabályozzák az RNR aktivitást, és az RNR alegység szintjét az alegységeket kódoló gének sejtciklus-függő transzkripciója és az alegység fehérje stabilitása szabályozza (4, 5). Ezen megfigyelések alapján arra lehet számítani, hogy az RNR által végzett dNTP-szintézis elegendőnek kell lennie a genom DNS-replikációjának szabályozásához, mivel az RNR csak az S fázisban maximálisan aktív. A legújabb tanulmányok azonban, beleértve azokat is, amelyek távoli tanulmányokból származnak arról, hogy a HIV replikációja hogyan korlátozódik bizonyos sejttípusokra (6, 7), felfedezték a dNTP szintek új szabályozását, a dNTP pusztulását. A steril alfa-motívum és HD-domén tartalmú protein 1 (SAMHD1) fehérje egy dezoxinukleozid-trifoszfohidroláz, amely a dntp-ket a megfelelő dezoxinukleozidra és egy trifoszfátra hasítja (8). A PNAS-ban Franzolin et al. (9) mutassuk meg, hogy a SAMHD1 által okozott dntp-pusztulás szintén hozzájárul a dntp-koncentráció szabályozásához a proliferáló sejtek sejtosztódási ciklusa alatt, ezáltal befolyásolva mind a DNS-replikációt, mind a sejtciklus progresszióját.

a SAMHD1 két elismert domént tartalmaz, egy ismeretlen funkciójú SAM (steril alfa motívum) domént, és egy HD domént, amely katalitikus aszparaginsavat és hisztidin maradványokat tartalmaz, amelyek az enzim katalitikus magját alkotják (8). A SAMHD csak akkor képes hidrolizálni a dGTP-t, ha minden dNTP külön-külön van megadva, de hidrolizálhatja a dttp-t, a dctp-t és a dATP-t, ha a dGTP kofaktorként van jelen. a dGTP valószínűleg a dimer enzim alloszterikus aktivátoraként működik (8), bár egy nemrégiben készült jelentés szerint az enzim tetramerként működhet (10). Az a megfigyelés, hogy a SAMHD1 önmagában képes lebontani a dGTP-t, és hogy ugyanaz a dNTP képes alloszterikusan aktiválni a trifoszfohidrolázt, az egyik mechanizmus lehet a sejt mind a négy dntp koncentrációjának kiegyensúlyozására. Lehetséges, hogy a dntp szintjét a DGTP affinitása határozza meg a SAMHD1 alloszterikus helyéhez.

Franzolin et al. (9) Bizonyítsuk be, hogy a SAMHD1 szorosan részt vesz a dNTP-szintek szabályozásában, nemcsak a nem-ciklikus sejtekben, ahol az enzim bőségesen expresszálódik, hanem a ciklikus sejtekben is. Megfigyelésük véget vet az előző elképzelésnek, miszerint a dntp-k RNR általi szintézise volt a fő mechanizmus, amely szabályozta a dntp-k intracelluláris koncentrációját a sejtciklus során. A SAMHD1 jelen van a G1-fázisú sejtek magjában, míg az RNR alegységek kiemelkedőek a citoplazmában, növelve szintjüket az S-fázisú sejtekben (9). A samhd1 szint kimerülése a ciklikus sejtekben növelte a dNTP koncentrációt a nem S–fázisú sejtekben, és a G1 fázisban leállást okozott. Érdekes módon az élesztősejtekben az RNR visszacsatolási gátlásának deregulációja emelkedett dNTP-szintet és leállást okozott a G1 fázisban, így a dNTPs-szintek közvetlen hatással vannak a sejtciklus progressziójának szabályozására (11). A kontrollálatlan és magas dNTP-koncentrációk ismert módon mutagének a genom replikáció szempontjából (12), ezért valószínűleg a sejtek nagy erőfeszítéseket tesznek annak érdekében, hogy mind a négy dntp koncentrációját szorosan összekapcsolják a DNS-szintézissel az S fázisban.

a SAMHD1-et kódoló gént IFN–által indukált génként fedezték fel egér peritoneális makrofágokban (13). A samhd1 differenciált sejtekben történő indukciójának most van értelme, mivel a mitokondriumok fenntartásához és a DNS-helyreállításhoz csak alacsony dNTP-szintre lenne szükség a nem proliferáló sejtekben. Valószínű, hogy a magas dNTP–szint problémákat okozhat a mitokondriális funkció fenntartásában, ami előfordulhat az Aicardi-Gouti XXL-szindrómában (AGS) szenvedő betegeknél, egy genetikailag öröklött gyulladásos encephalopathiában, amely klinikailag hasonlít a veleszületett vírusfertőzésekre és bizonyos típusú autoimmunitásra (14). A SAMHD1 gén AGS mutációi csökkentik a katalitikus aktivitást vagy az alloszterikus aktivációt dgtp, mindkettő az intracelluláris dNTP szint növekedését okozza, ami hozzájárulhat a veleszületett immunsejtek hibás differenciálódásához.

érdekes az a megfigyelés, hogy a SAMHD1 korlátozza bizonyos lentivírusokat, beleértve a HIV1-et is, a nem újrahasznosító sejtekben történő replikációtól, mivel a dNTP szintje nem elegendő ahhoz, hogy a reverz transzkriptáz másolja a bejövő RNS sablont. Egyes lentivírusok, mint például a HIV2 és a Simian immunhiányos vírus, egy VPX nevű fehérjét hordoznak, amely a SAMHD1 lebomlását okozza, ezáltal lehetővé téve a dNTPs növekedését és az RNS genom DNS-be másolását (6, 8, 15). A különböző reverz transzkriptázok Km-je változó, és hozzájárul a gazdasejt-specificitáshoz a vírusreplikáció szempontjából, ezt a folyamatot befolyásolja a SAMHD1 jelenléte vagy hiánya (16). Az AGS fenotípusa összhangban van a samhd1 mutációkkal, amelyek magasabb dNTP-szintet okoznak, ami viszont robusztusabb vírusfertőzéshez vezethet azoknál a vírusoknál, amelyek Km-es DNS-polimerázzal rendelkeznek, amely megnövekedett dNTP-szintet igényel. Azonban csak a saját DNS-polimerizáló enzimjeiket kódoló vírusok replikálódnak a nem újrahasznosító sejtekben, mert a gazdaszervezet DNS-ét replikáló sejtmechanizmus nem aktív. Miután a samhd1 erős dntp tripofofohidroláz aktivitását eltávolították, a vírus polimeráz képes replikálni a vírus genomját. Így a DNS-vírusok, mint például az 1-es típusú herpes simplex vírus és a vaccinia vírus, amelyek saját DNS-polimerázjaikat kódolják, a SAMHD1 eltávolítása esetén replikálódhatnak a nem újrahasznosító sejtekben (17).

franzolin et al. (9), hogy a ciklikus sejtekben a SAMHD1 nincs jelen az S fázisban, azt sugallja, hogy az ubiquitin-függő proteolízis lebontja, amikor a sejtek a G1 fázisból az S fázisba jutnak. A SAMHD1 fehérjét ciklin a-CDK2 (18) foszforilálhatja. Ez a kináz a G1-S fázisátmenetben aktiválódik az emberi sejtekben, és felelős a tényleges DNS-szintézis megindításáért olyan prereplikatív komplexekből, amelyeket a G1 fázis során állítottak össze a DNS-replikáció minden kezdetén (19). Az egyik lehetőség az, hogy a SAMHD1 foszforilezése az enzim Ub által közvetített proteolízisét eredményezi a G1-S fázisátmenetben (ábra. 1).

a legújabb tanulmányok kimutatták, hogy a SAMHD1 foszforilált egy CDK helyen, T592 (18, 20). Azok a mutációk, amelyek megváltoztatják vagy utánozzák a foszforilációt ezen a maradékon, elvesztették képességüket a HIV replikációjának korlátozására. Ezek a mutánsok megtartották képességüket a TTP hidrolizálására dGTP jelenlétében, és nem változtatták meg a sejtek dNTP-szintjét (20). Ezen megfigyelések alapján felmerült annak a lehetősége, hogy a SAMHD1 képes korlátozni a retrovírus replikációját, nem azért, mert képes lebontani a sejtes dntp-ket. Ezt a következtetést azonban most meg kell mérsékelni a franzolin et al. (9), mivel a vad típusú samhd1 mutánssal szemben expresszáló sejtek dNTP-szintjét nem újrahasznosító sejtekben (PMA-stimulált U937 mieloid sejtek) mértük. Ezzel szemben a vad típusú és mutáns fehérjék azon képességét mérték, hogy korlátozzák a retrovírus replikációt ciklikus sejtekben. Talán a nem ciklikus sejtekben a dNTP foszfohidroláz aktivitását nem befolyásolja a foszforiláció, mert a kináz hiányzik, vagy a releváns E3-ligáz, amely a SAMHD1 Ub-függő lebomlását közvetítette, nem expresszálódik. A ciklikus sejtekben azonban mind a ciklin a-CDK2, mind az E3-ligáz indukálhatja a SAMHD1 pusztulását, növelve a dNTP szintet és lehetővé téve a vírus replikációját. Nyilvánvaló, hogy jövőbeli vizsgálatokra van szükség annak feltárására, hogy a SAMHD1 szint hogyan szabályozható mind a kerékpáros, mind a nem kerékpáros sejtekben. Fontos, hogy azt a megfigyelést, hogy csak a G1-fázisú ciklikus sejtek expresszálják a SAMHD1-et, figyelembe kell venni annak értelmezésekor, hogy a SAMHD1 aktivitás hogyan befolyásolja mind a genom, mind a vírus DNS-replikációját, valamint hogy a dNTPs hogyan befolyásolhatja a sejtfunkciót a veleszületett immunitásban. Annak ellenére, hogy 52 y a dntp anyagcserét vizsgálja, úgy tűnik, hogy sokkal több tennivaló van!