reacțiile biochimice, chiar și cele la fel de complexe precum replicarea genomului ADN al celulelor, respectă principiul că procesul este reglat atât de concentrația substratului, cât și de enzimele care mediază procesul. Deoxinucleozidele trifosfate( dNTP), substraturile enzimelor de polimerizare a ADN-ului, sunt cunoscute de mult timp ca fiind limitate în concentrația lor în celule, deoarece enzima care sintetizează deoxinucleotidele din ribonucleotide, ribonucleotida reductază (RNR), este sintetizată și activată enzimatic pe măsură ce celulele intră în faza S (1, 2). RNR, descoperit de Peter Reichard acum 52 de ani (3), convertește toți cei patru difosfați ribonucleotidici (rNDPs) la disposfații deoxinucleozidici respectivi (dNDPs), care sunt apoi convertiți rapid în dNTP. Nivelurile scăzute și activitatea RNR asigură dNTP suficiente pentru sinteza ADN-ului mitocondrial și pentru repararea ADN-ului în celulele neciclificatoare și în timpul fazei G1 a ciclului de diviziune celulară în celulele proliferante, dar nivelurile și activitatea RNR sunt extrem de crescute pe măsură ce celulele se angajează să reproducă ADN-ul în timpul fazei S a ciclului de diviziune celulară sau după repararea extensivă a ADN-ului (4). Într-adevăr, RNR este una dintre cele mai reglementate enzime cunoscute. Enzima mamiferelor sintetizează toate cele patru dNTP – uri într-un ciclu, este activată alosteric de dATP, dTTP și dGTP pentru a echilibra nivelurile relative ale celor patru dNTP–uri (dCTP, dTTP, dGTP și dATP) și este inhibată de feed-back de dATP, deoarece dATP este ultimul dNTP care se face în ciclul de sintetizare a tuturor celor patru dNTP-uri printr-o singură enzimă RNR (1). Proteinele inhibitoare specifice (în drojdii) controlează, de asemenea, activitatea RNR, iar nivelurile subunității RNR sunt reglate de transcripția dependentă de ciclul celular a genelor care codifică subunitățile și de stabilitatea proteinei subunității (4, 5). Pe baza acestor observații, s-ar putea aștepta ca sinteza dNTP de către RNR să fie suficientă pentru a controla cum și când are loc replicarea ADN-ului genomului, deoarece RNR este activ doar Maxim în timpul fazei S. Cu toate acestea, studii recente, inclusiv cele care rezultă din studii îndepărtate despre modul în care replicarea HIV este limitată la anumite tipuri de celule (6, 7), au descoperit un nou control al nivelurilor dNTP, distrugerea dNTP. Motivul alfa steril și domeniul HD care conține proteina 1 (SAMHD1) este o deoxinucleozidă trifosfohidrolază care scindează dNTP la dezoxinucleozida respectivă și un trifosfat (8). În PNAS, Franzolin și colab. (9) arată că distrugerea dNTP de către SAMHD1 contribuie, de asemenea, la controlul concentrației dNTP în timpul ciclului de diviziune celulară a celulelor proliferante, afectând astfel atât replicarea ADN-ului, cât și progresia ciclului celular.

SAMHD1 conține două domenii recunoscute, un domeniu SAM (motiv alfa steril) cu funcție necunoscută și un domeniu HD care conține acid aspartic catalitic și reziduuri de histidină care formează nucleul catalitic al enzimei (8). SAMHD poate hidroliza dGTP numai atunci când fiecare dNTP este furnizat individual, dar poate hidroliza dttp, dCTP și dATP atunci când dGTP este prezent ca cofactor. dGTP acționează cel mai probabil ca un activator alosteric al enzimei dimerice (8), deși un raport recent sugerează că enzima poate funcționa ca un tetramer (10). Observația că SAMHD1 poate degrada dGTP singur și că același dNTP poate activa alosteric trifosfohidrolaza poate fi un mecanism de echilibrare a concentrațiilor tuturor celor patru dNTP din celulă. Este posibil ca nivelurile dNTP să fie determinate de afinitatea dGTP la situl alosteric al SAMHD1.

Franzolin și colab. (9) demonstrează că SAMHD1 este implicat în mod intim în controlul nivelurilor dNTP, nu numai în celulele neciclificatoare în care enzima este exprimată abundent, ci și în celulele ciclice. Observația lor pune capăt noțiunii anterioare că sinteza dNTP de către RNR a fost principalul mecanism care a reglat concentrația intracelulară a dNTP în timpul ciclului celular. SAMHD1 este prezent în nucleul celulelor de fază G1, în timp ce subunitățile RNR sunt proeminente în citoplasmă, crescând nivelurile lor în celulele de fază S (9). Depleția nivelurilor de SAMHD1 în celulele ciclice a crescut concentrația dNTP în celulele non–faza S și a provocat o arestare în faza G1. Interesant este că dereglarea inhibării feedback-ului RNR în celulele de drojdie a provocat niveluri ridicate de dNTP și o oprire în faza G1, astfel încât nivelurile dNTP au un efect direct asupra controlului progresiei ciclului celular (11). Concentrațiile necontrolate și ridicate de dNTP sunt cunoscute a fi mutagene pentru replicarea genomului (12), care este cel mai probabil motivul pentru care celulele merg la lungimi mari pentru a cupla intim concentrația tuturor celor patru dNTP la sinteza ADN-ului în timpul fazei S.

gena care codifică SAMHD1 a fost descoperită ca o genă indusă de IFN-XV în macrofagele peritoneale de șoarece (13). Inducerea SAMHD1 în celule diferențiate are acum sens, deoarece numai niveluri scăzute de dNTP ar fi necesare în celulele neproliferante pentru a menține mitocondriile și pentru repararea ADN-ului. Este probabil ca nivelurile ridicate de dNTP să provoace probleme cu menținerea funcției mitocondriale, care ar putea apărea la pacienții cu sindrom Aicardi–gouti Otrivres (AGS), o encefalopatie inflamatorie moștenită genetic care seamănă clinic cu infecțiile virale congenitale și cu anumite tipuri de autoimunitate (14). Mutațiile AGS din gena SAMHD1 reduc fie activitatea catalitică, fie activarea alosterică de către dGTP, ambele determinând o creștere a nivelurilor dNTP intracelulare, ceea ce poate contribui la diferențierea defectuoasă a celulelor imune înnăscute.

de interes este observația că SAMHD1 restricționează anumite lentivirusuri, inclusiv HIV1, de la replicarea în celulele neciclice, deoarece nivelurile de dNTP nu sunt suficiente pentru transcriptaza inversă pentru a copia șablonul ARN de intrare. Unele lentivirusuri, cum ar fi HIV2 și virusul imunodeficienței simiene, transportă o proteină numită Vpx care provoacă degradarea SAMHD1, permițând astfel o creștere a dNTP-urilor și copierea genomului ARN în ADN (6, 8, 15). Km pentru diferite transcriptaze inverse variază și contribuie la specificitatea celulei gazdă pentru replicarea virusului, proces influențat de prezența sau absența SAMHD1 (16). Fenotipul AGS este în concordanță cu mutațiile SAMHD1 care cauzează niveluri mai mari de dNTP care, la rândul lor, ar putea duce la o infecție cu virus mai robustă pentru virușii care au o ADN polimerază cu un Km care necesită niveluri crescute de dNTP. Cu toate acestea, numai virușii care își codifică propriile enzime de polimerizare a ADN-ului se vor reproduce în celulele neciclice, deoarece mecanismul celular care reproduce ADN-ul gazdă nu este activ. Odată ce activitatea puternică a triphofohidrolazei dNTP a SAMHD1 este eliminată, polimeraza virusului poate reproduce genomul virusului. Astfel, virusurile ADN, cum ar fi virusul herpes simplex de tip 1 și virusul vaccinia, care codifică propriile ADN polimeraze, se pot reproduce în celulele neciclatoare dacă SAMHD1 este îndepărtat (17).

observația izbitoare a lui Franzolin și colab. (9), că în celulele ciclice SAMHD1 nu este prezent în faza s, sugerează că este degradat de proteoliza dependentă de ubiquitină pe măsură ce celulele tranzitează din faza G1 în faza S. Proteina SAMHD1 poate fi fosforilată de ciclina a-CDK2 (18). Această kinază este activată la tranziția de fază G1-S în celulele umane și este responsabilă pentru inițierea sintezei ADN reale din complexe prereplicative care au fost asamblate în timpul fazei G1 la toate originile replicării ADN-ului (19). O posibilitate este aceea fosforilarea primelor SAMHD1 proteoliza mediată de Ub a enzimei la tranziția de fază G1-S (Fig. 1).

studii recente au arătat că SAMHD1 este fosforilat la un situs CDK, T592 (18, 20). Mutațiile care modifică sau imită fosforilarea la acest reziduu și-au pierdut capacitatea de a restricționa replicarea HIV. Acești mutanți și-au păstrat capacitatea de a hidroliza TTP în prezența dGTP și nu au modificat nivelurile dNTP în celule (20). Pe baza acestor observații, s-a ridicat posibilitatea ca capacitatea SAMHD1 de a restricționa replicarea retrovirusului să nu se datoreze capacității sale de a degrada dNTP-urile celulare. Cu toate acestea, această concluzie trebuie acum temperată în lumina rezultatelor recente de la Franzolin și colab. (9), deoarece nivelurile dNTP din celulele care exprimă SAMHD1 de tip sălbatic versus mutant au fost măsurate în celule neciclatoare (celule mieloide u937 stimulate de PMA). În schimb, capacitatea proteinelor de tip sălbatic și mutant de a restricționa replicarea retrovirală a fost măsurată în celulele ciclice. Poate că în celulele neciclatoare activitatea fosfohidrolazei dNTP nu este afectată de fosforilare, deoarece kinaza este absentă sau E3-ligaza relevantă care mediază degradarea dependentă de UB a SAMHD1 nu este exprimată. Cu toate acestea, în celulele ciclice, atât ciclina a-CDK2, cât și E3-ligaza ar putea induce distrugerea SAMHD1, crescând nivelurile dNTP și permițând replicarea virusului. În mod clar, sunt necesare studii viitoare pentru a explora modul în care nivelurile SAMHD1 sunt controlate atât în celulele ciclice, cât și în cele non-ciclice. Important, observația că numai celulele cu ciclu de fază G1 exprimă SAMHD1 va trebui luată în considerare în interpretarea rezultatelor privind modul în care activitatea SAMHD1 afectează atât replicarea genomului, cât și a ADN-ului virusului și modul în care dNTP-urile pot afecta funcția celulară în imunitatea înnăscută. În ciuda 52 y de investigare a metabolismului dNTP, se pare că există mult mai mult de făcut!