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蛋白的翻译后修饰是很多真核生物蛋白功能调节的重要机制。与早前发现的磷酸化、泛素化等调节方式相类似,乙酰化调节也是一种广泛存在的翻译后修饰手段。大约40年前,乙酰化调节最早在组蛋白中被发现。乙酰化修饰与其他的修饰手段共同在以染色质为基础的转录调控和表观遗传信息的构建中起着至关重要的作用。除组蛋白外,在很多其他的核蛋白以及多种胞质调节因子中也被报道存在乙酰化修饰。目前乙酰化已经被证明参与超过80种转录因子和很多重要胞质蛋白的功能调节。因此,这种翻译后调控不但对于细胞核内蛋白的功能调控非常重要,而且对于调节包括细胞骨架动态性、能量代谢、内吞、自吞、以及细胞膜信号调控等在内的多种细胞质内过程也具有重要作用。
转录激活蛋白Tat对于人类1型免疫缺陷病毒(HIV-1)的转录是必须的。与其他蛋白类似,Tat蛋白能进行可逆的乙酰化,这对于它对HIV-1转录调控的活性至关重要。Tat蛋白有两个已经被确定的乙酰化位点,位于转录激活活性机构域的28位赖氨酸和位于RNA结合结构域的50位赖氨酸。Tat蛋白的28位赖氨酸能够被p300/CBP-复合因子(PCAF)乙酰化,28位赖氨酸的乙酰化能够通过增强Tat-CycTl-TAR复合体的亲和力来促进HIV-1转录延伸过程。但是目前为止,参与Tat蛋白28位赖氨酸去乙酰化调节的酶仍不清楚。我们通过酵母双杂交实验鉴定出入类组蛋白去乙酰化酶II家族成员HDAC6与Tat蛋白存在相互作用。在进一步的实验中,我们发现Tat与HDAC6之间的相互作用需要微管的参与。体外去乙酰化实验中,我们的结果显示HDAC6能够对Tat蛋白28位赖氨酸进行去乙酰化,并且这种作用也是微管依赖性的。我们通过萤火虫酶报告基因系统检测到.HDAC6能够显著影响Tat蛋白的转录激活活性。当对细胞加入HDAC6特异性抑制剂tubacin处理或者转染HDAC6siRNA对HDAC6的表达水平进行下调时,Tat的转录激活活性会大幅上升。免疫共沉淀实验数据显示,HDAC6可能是通过影响体内CycTl与Tat蛋白间的相互结合而发挥对Tat转录活性的抑制作用的。
细胞凋亡既是机体维持细胞平衡的一个重要机制也是细胞抵御细菌和病毒入侵的一个重要手段。做为慢病毒家族的一个成员,HIV-1进化出了一个强有力的通过启动细胞凋亡机制削弱宿主免疫抵抗力的感染策略。伴随着HIV-1病毒的感染进程,会出现T淋巴细胞数量的大量减少,而细胞凋亡是造成细胞数量减少的主要机制。Tat蛋白可以被HIV-1病毒感染的宿主细胞所释放,通过它的入膜结构域进入周围未被感染的细胞中。Tat蛋白的这一特性使得它能在感染细胞和未感染细胞中发挥多种生物学功能。Tat蛋白可以通过调节一系列细胞因子的表达、激活细胞周期依赖性激酶、与细胞骨架蛋白相互作用等多种机制诱发细胞凋亡。特别需要指出的是,Tat蛋白可通过结合于微管或微管蛋白,促进微管聚合,导致过度稳定的微管的形成。微管的动态性对于微管的很多胞内功能至关重要,关于Tat结合微管如何导致微管聚合的分子机制仍然不清楚。已经有证据证明翻译后调控能够调节一系列蛋白与微管的结合能力,因而我们猜想Tat蛋白的乙酰化也可能会影响其与微管的相互作用。我们通过定点突变技术构建了一系列Tat蛋白突变体质粒并转染细胞,通过免疫共沉淀实验,我们检测到对Tat蛋白28位赖氨酸进行突变能够影响到Tat与微管间的相互作用。我们又利用体外合成的Tat小肽对体外聚合的微管进行处理,通过微管蛋白浑浊度实验检测Tat蛋白乙酰化程度对微管动态性的影响。通过实验,我们发现Tat蛋白28位赖氨酸的乙酰化程度确实能够显著降低体外微管聚合的临界浓度,并调节Tat蛋白对微管稳定性的影响。我们进一步通过免疫荧光染色,流式细胞分析等技术检测了Tat小肽处理细胞后,对细胞凋亡的影响。通过分析我们发现,Tat蛋白28位赖氨酸的乙酰化程度能够调节Tat的细胞毒性,28位赖氨酸乙酰化能够增强Tat蛋白促进细胞凋亡的能力。本实验的研究结果揭示乙酰化修饰除了能对Tat蛋白的转录激活活性进行调节外,还能调节其与微管的相互作用,影响微管的动态性,进而影响Tat蛋白调节T淋巴细胞凋亡的能力。这一结果为深入了解乙酰化对蛋白功能的影响开拓了新的视野。
综上所述,本研究首次鉴定出HDAC6是HIV-1 Tat28位赖氨酸的去乙酰化酶,HDAC6与Tat在体内以微管依赖的方式相互作用,HDAC6通过对Tat进行去乙酰化来调节Tat的转录激活活性。此外,本研究还发现Tat蛋白28位赖氨酸的乙酰化程度不仅能够影响Tat的转录激活活性,还能够影响Tat与微管和微管蛋白间的相互作用,并对细胞内微管的动态性造成影响。28位赖氨酸的乙酰化可能是调节Tat蛋白细胞毒性的一种途径。