HIV-1-LTR区结构和功能的研究进展.doc

HIV-1 LTR区结构和功能的研究进展
万春生 何婷玉（河南省信阳市中心医院病理科  河南信阳  464000）
【中图分类号】R572.9  【文献标识码】A 【文章编号】1672-5085 (2010)33-0015-02
【摘要】  长末端重复序列（LTR）在HIV-1表达调控中起到了重要作用。在HIV-1基因组LTR区存在着和各种转录因子的结合位点，各种调节蛋白通过和DNA相互作用以及蛋白间的相互作用形成一个复杂的调节网络，调节病毒结构蛋白和非结构蛋白的表达。针对HIV-1 LTR 区以及宿主细胞中HIV-1表达调节蛋白的研究，为研制抗AIDS药物提供了新的方式。
【关键词】  HIV-1  LTR  基因表达调控  转录因子  抗HIV/AIDS药物
【Abstract】 The long terminal repeats (LTR) played an important role in the HIV-1 expression and regulation. In HIV-1 genome, there are sites on which transcription factors can bind in 5’ long terminal repeats (LTR), the interactions between regulatory proteins and DNA or other proteins form a complex network, which regulate the expressions of structural and non-structural proteins of virus.  The study on LTR areas and regulatory proteins of HIV-1 will pave a new way for development of anti-AIDS drugs.
【Key words】 HIV-1  LTR  Gene expression and regulation  Transcription factors  Anti-AIDS drugs
        人类免疫缺陷病毒（HIV）属于逆转录病毒科慢病毒属。HIV-1病毒有着非常复杂的表达调控系统，序列分析显示HIV-1结构基因的表达主要通过HIV-1 5’LTR的U3和R区的启动元件以及pol基因的内部启动子来控制[1]。HIV-1 LTR的U3和R区包含了四个功能区域：调节区、增强子单位、核心启动子单位、Tat反应原件。除此之外，在U5区也存在一些转录因子的结合位点。
        1  LTR调节区
        1.1 AP-1结合区  激活蛋白l（AP-1）以Jun蛋白家族的同源二聚体形式或者以Jun和Fos家族的异源二聚体形式存在。AP-1的结合位点称为TPA效应原件（TRE）。构成AP-1二聚体的原件不同，其激活或者抑制转录的功能也不同，当和启动子区域结合以后，cFOS/cJUN结构的二聚体可以激活转录，其他同源或者异源二聚体结构的AP1则没有这样的功能。除了调节HIV-1基因表达外，AP-1也可以活化其他转录因子。
        1.2 COUP-TF结合区  鸡卵清蛋白上游启动子-转录因子（COUP-TF）以二聚体的形式和DNA上的激素效应元件（HRE)结合。在HIV-1 LTR的调节区，COUP-TF的结合位点位于-324到-357区间，和NER上的GGTCA回文结构结合，在多数细胞中，COUP对HIV-1的基因表达起负调节作用。
        1.3 NF-AT结合区  活化T细胞核因子（NF-AT）以紧密的二聚体形式或者单体形式和DNA结合，结合到启动子区域后，常常和结合位点临近的其他转录因子协调作用，调控基因表达。NFAT在调控区的结合区域位于-216到-254之间，NFAT结合增强子区域中，和NF-κB结合位点结合，对HIV基因的表达以及病毒在T细胞中的复制具有正调节作用。还可以和+169到+181区域结合，起到激活转录的作用。
        1.4 USF和Ets结合区  上游刺激因子(USF)在NRE的结合区位于-166至-161区域，用HIV感染性克隆进行的研究表明，该区域的USF位点缺失能够提高HIV的复制水平。但有研究显示在T细胞中，USF-1与Ets-1的相互作用却有助于激活HIV的转录。
        2  增强子单位和NF-κB
        增强子区是在LTR中最被广泛研究的调节原件，在所有和增强子区域结合的蛋白中，κ基因结合核因子（NF-κB)是最主要的也是了解最为透彻的一种蛋白，它在HIV-1转录的起始和延伸过程中都起到重要的作用。NF-κB由Rel家族蛋白组成的同源或异源二聚体组成。研究发现IκB的一种IκBa可以在NF-κB穿梭过程中和它结合，抑制NF-κB在T细胞中的作用，因而潜在的具有降低HIV-1 LTR转录的活性，促使病毒潜伏的作用。
        3  LTR的核心启动子单位
        3.1 GC框与Sp蛋白  在TATA盒上游是一段GC丰富区，位于-46至-78区，称为GC框，GC框中含有三个相同的和刺激蛋白(Sp)结合的位点。Sp蛋白家族包含的成员有Sp1-4、M1 和M2。Sp1和Sp4是转录激活因子，但是Sp3却被认为是转录负调控因子，Sp3本身可以起到微弱的激活作用，但是当Sp1存在时，Sp3会产生竞争性的抑制作用。相比而言M1、M2 含有和Sp3同样的DNA结合位点，但是没有转录激活区域，在没有其他Sp蛋白的情况下，起负调控因子的作用。Sp通过和TBP以及辅助因子相互作用，促进前起始复合物的形成和稳定，其活性是HIV转录所必需的。
        3.2 TATA框与TBP  HIV-1 LTR和真核基因的启动子一样，存在着TATA框，它是RNA pol

Ⅱ的结合位点，存在于HIV-l转录起始点上游的24～28bp处。该区域是通用转录因子TFIID的结合位点。在TATA框两侧，各有一段CAXXTG的同向重复序列，它们可能是具有螺旋-环-螺旋基元的转录因子的结合位点。
        在RNA polⅡ前起始复合体中，TBP是第一个与DNA结合的因子，它同TATA框的结合活性是由蛋白高度保守的C端结构域决定的， TAF在TBP与TATA上游细胞因子间起到“搭桥”作用。TBP通过TAF和其他蛋白发生相互作用。TBP不但是RNA polⅡ转录中的关键因子，而且也是聚合酶Ⅰ和Ⅲ催化的转录过程所必需的。在一般情况下，TATA框决定着基因转录的起始位点，然而在HIV-1中，它可能并非是决定起始位点的唯一因素。这可能是由于HIV转录定位是由增强子结合蛋白来决定的，也可能是通过起始子来决定它的起始位点[2]。
        3.3起始子  在一些没有TATA框的基因中，起始位点附近存在着起始子元件，通过和起始因子TFII I结合后与TBP一起确定转录的起始位点。但一些有TATA结构的基因也同样含有起始子，HIV-1 的LTR 就是这样。起始子为调节序列结合通用转录因子，是Tat 转录功能所必须的。当该区域发生突变的时候HIV-1的转录水平降低。其中USF证明和该区域结合后可以刺激转录，而核心基序相关蛋白为一抑制因子， 它可以高亲和力的和该区域结合，干预TFIID和TATA盒的结合，抑制HIV-1基因转录；还有两个低亲和力因子LBP-1因子，其识别序列与起始子调节序列存在部分重叠，在转录延伸阶段限制RNA polⅡ的活性从而发挥负调控作用。
        4  TAR单位
        HIV-1 mRNA转录在细胞因子的作用下启动和维持，但是这对于病毒的复制表达是远远不够的，HIV-1通过编码反式激活因子Tat和TAR结合，使其基因表达水平得到巨大提升。TAR 反应元件称为反式激活效应元件，它的RNA形式可以与病毒反式因子Tat相结合。TAR突出区以外的茎区和环区对于Tat的反式激活作用也会有影响，在该区域存在着其他细胞蛋白的结合位点，突变后导致Tat的反式激活作用降低。这说明Tat是通过和其他蛋白协同作用来发挥反式激活作用的。
        5  TAR下游调节单位
        在HIV-1 LTR转录起始点的下游也存在着一系列的转录调节原件。它包括3个连续的AP-1位点、两个相邻的Spl位点、1个AP3-L/NF-AT位点和1个扰素刺激效应元件(ISRE)。这些下游结合位点在HIV-1转录过程起到正调节作用。
        6  HIV-1 LTR与细胞转录因子的作用机制
        在病毒转录过程中，LTR起到了启动子和增强子的功能，正调控的细胞转录因子与LTR结合后，促进了转录起始复合物的形成，并使其更加稳定，从而对病毒基因的表达产生正向调节的作用。相反，负调控的细胞转录因子可以竞争性的抑制正调控细胞因子的结合，或者干扰了起始复合物的形成与稳定，降低了LTR的转录活性。
        7  针对LTR区调控蛋白的抗HIV/AIDS药物研究
        HIV-1 LTR的转录调控是一个非常复杂的过程，包括宿主和病毒的转录因子之间，以及这些转录因子同各式各样的胞外刺激信号通路的相互作用，共同调节了病毒蛋白的转录过程。最近针对转录通路的药物研究发现，一些转录抑制剂对癌症的治疗起到了一定的效果，这表明可能有新的治疗途径来进行高效抗逆转录病毒治疗（HAART）。已经研究发现，NF-κB、Sp在一些肿瘤形成中起到重要作用，以这些蛋白为靶点的药物在肿瘤治疗中已取得了初步成效。但是这些药物显示有较高的细胞毒性，因而，如果针对宿主细胞因子重要通路进行HAART治疗，需要寻找新的可靠的低毒性药物。针对病毒编码调节蛋白Vpr和Tat的药物治疗是进行定向HIV药物治疗的一种新思路。此外，除了针对单独的病毒蛋白，针对这些蛋白和独特的宿主转录因子相互作用的药物也是今后研究的一个方向。
        HIV-1首次基因组分析的30多年以来，人们已经清楚的认识到LTR区在病毒复制过程中，尤其是前病毒的转录水平上，对病毒的潜伏和持续性感染存在着精细复杂的调节能力。对各种细胞转录因子的结构和功能的了解也逐步的深入。但是，鉴于LTR作用的复杂性，而且在不同条件下不同细胞株体内的结果有时并不完全相同，因此对LTR的结构和功能，以及在转录中起的调控的精确机制尚待进一步研究。针对LTR区以及调节蛋白的药物研究也为人们筛选更有效的抗HIV/AIDS 提供了新的思路和方法。
参 考 文 献
[1]Tang H，Kuhen KL，Wong-Staal F．Lentivirus replication and regulation [J]．Annu Rev Genet，1999，33：133～70.
[2]朱玉贤，李毅．现代分子生物学[M]．北京：高等教育出版社，1997：414～424.