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编号:10502724
EB病毒裂解期DNA复制的研究概况
http://www.100md.com 《华夏医学》 2000年第1期
     作者:曾越

    单位:法国里昂第一大学免疫病毒分子生物学实验室

    关键词:

    华夏医学000183 Epstein-Barr病毒(EB病毒)属人类疱疹病毒,是传染性单核细胞增多症,Burkitt淋巴瘤和鼻咽癌的主要诱发因素,其中鼻咽癌在我国南方,特别是广东和广西等省(区)发病率很高(10~30/100 000),占癌症发病率首位。此外,EB病毒与T淋巴细胞瘤,口腔腺体肿瘤,胸腺瘤,器官移植后淋巴瘤等肿瘤的病因关系在国际上也有报道[1,2]

    EB病毒进入宿主细胞后,处于潜伏期,病毒基因组持续存在于细胞内,只有少量病毒蛋白表达。超早期蛋白的出现标志着病毒周期进入裂解期,其中包括早期, DNA复制期和晚期。早期病毒蛋白主要用于DNA复制,而晚期蛋白是一些壳蛋白和膜蛋白,用以包装复制完成的 DNA,形成病毒颗粒。一个完整的病毒周期如图1所示。病毒在裂解期的DNA复制是它在细胞里繁殖的重要阶段,因此对这个过程的研究是了解病毒作用机理和抵抗疾病的重要一环。
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    图1 EB病毒在宿主细胞里的繁殖周期

    1 EB病毒裂解期DNA复制的起始位点

    在1988年, Hammerschmidt和Sugden[3]通过对带有EB病毒基因组不同片段的质粒复制能力的分析,确定病毒基因组上两段相同的序列为裂解期 DNA复制起始位点,它们被命名为Orilyt。这两个Orilyt位点之中任何一个都可以使DNA进行复制,至于病毒在进化过程中为什么会保留两段功能相同的Orilyt,有可能它们在不同的宿主细胞内,或在细胞周期的不同阶段所起的作用不同:也有可能是它们可以交替使用,为确保病毒在被选择的过程中占据优势。 Orilyt的中心部分约1,4kb,由两个带有重复序列的‘基本区’和一段‘辅助区’构成。‘基本区’的碱基空间序列呈螺旋状,其中一个碱基的改变可以使整个带有Orilyt的质粒失去 DNA复制功能[4],而‘辅助区’虽非缺之不可,但它的存在可以大大提高质粒的复制。此外, Orilyt上有七个 ZRE位点,这些位点可以被病毒超早期蛋白ZEBRA识别,其中四个位点是DNA复制所必不可少的[5]
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    2 EB病毒裂解期DNA复制的参与蛋白

    1992年, Fixman等[6]研究了EB病毒基因组不同片段对含有Orilyt质粒复制的影响,实验证明有6种蛋白对病毒的DNA复制是必不可少的,它们分别是:ZEBRA蛋白,DNA多聚酶及其辅助蛋白EA-D,解链酶和引物酶的复合体,还有主要DNA结合蛋白P135。

    ZEBRA蛋白:这是一个超早期蛋白,由245个氨基酸组成。它不仅是一个转录活化因子[7],可以激活一些早期蛋白的转录,而且可以识别 Orilyt,对病毒DNA复制起着重要作用。转录因子在DNA复制过程中发挥作用的例子屡见不鲜,如AP1[8], VP16[9]和Ga14[10],它们的作用机理可以大致分为:一方面通过与DNA特殊序列相结合而改变基因组复杂的空间结构,使其他 DNA复制蛋白容易进入复制区;另外转录因子可以通过与复制蛋白的结合,把它们装置在复制起始位点上,共同完成DNA复制的使命。
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    解链酶与引物酶的复合物:它由3个蛋白结合而成,其中包括解链酶,引物合成酶和它们的结合蛋白[6]。目前国际上对这个蛋白复合物的研究有限,但对单纯疱疹病毒(HS病毒)的同源复合蛋白了解较多,由此可以推测其功能:使两条母链DNA分离,合成RNA引物,供DNA多聚酶合成DNA。第三个结合蛋白的功能可能是与另外两个酶结合,形成复合物,并促进这两个酶的活性。Gao等[11]的实验证明只有三个蛋白同时存在,这个复合物才会出现在细胞核中,缺少其中任何一个,另外两个蛋白都只分布在细胞浆里,不能参与DNA复制。

    DNA多聚酶及其辅助蛋白EA-D: DNA多聚酶为110kd。它与带有RNA引物的DNA的亲和力大于单链DNA或RNA[12],由此可以推断DNA多聚酶可以从RNA引物起始,对母链DNA模板进行复制,按照碱基互补的原则,合成子链DNA。另外DNA多聚酶有反向(3’到5’)外切DNA的特性[13],可以令其切除在合成DNA过程中末端出现错误的碱基,保证复制的正确率。 EA-D蛋白是DNA多聚酶的结合蛋白,约50kd。细胞体外实验证明它可以大量提高DNA多聚酶的两种特性:从5’到3’合成DNA,和从3’到5’外切DNA[14,15]。EA-D的作用机理可能在于增强DNA多聚酶与DNA模板相结合的稳定性,防止DNA多聚酶脱离DNA,因而终止子链DNA的合成。
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    主要DNA结合蛋白P135:它由1 128个氨基酸组成。这是一个DNA结合蛋白,尤其与单链 DNA亲和力较高[16]。它在 DNA复制过程中所起的作用至关重要:在带有部分缺失的 EB病毒基因组的Raji细胞株里,病毒在活化剂的诱导下进入裂解期的早期,但不能进行 DNA复制。而当其中一个缺失的基因,即P135的编码基因被转染进入Raji细胞后,可以观察到病毒DNA的复制,晚期蛋白的表达,以及少量病毒颗粒的形成,这充分证明了P135蛋白在病毒裂解期过程中是必不可少的[17]。目前对 P135蛋白在 DNA复制过程中的作用大致有三点推测:1)由于它与单链DNA的亲和力较高,可以与 DNA复制过程中分开的两条母链 DNA相结合,防止由于两条母链之间重新互补结合,而影响子链DNA的合成;2)P135可以与病毒DNA降解酶和DNA多聚酶相互结合[18],而细胞体外实验证明 P135可以抑制DNA降解酶的活性[19],但可以促进DNA多聚酶对DNA的合成[16]。由此可以推测P135通过和这些DNA复制所需要的蛋白酶相结合,从而调节它们的功能;3) Zeng等[18]通过免疫沉淀的方法已证明, P135在裂解期的早期,DNA复制以前,即与DNA多聚酶和EA-D蛋白相结合。而另一蛋白ZEBRA则识别并结合DNA复制起始位点Orilyt。然后P135通过与 ZEBRA蛋白相结合,把其他蛋白带到Orilyt位点上,使这些蛋白行使其功能,进行DNA合成。P135蛋白在DNA复制过程中的这一功能可以综合如图2所示。
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    图2 P135在DNA复制过程的功能模式图

    除此以外,病毒的另外一些蛋白酶参与核酸代谢及新生DNA的成熟化。虽然它们并不是 DNA复制过程中所必不可少的,但当细胞里这些蛋白酶产量少时,脱氧核苷酸含量少,不能合成大量的 DNA。此时病毒自身合成这些蛋白酶,提高细胞内脱氧核苷酸的量,从而有利于合成大量的病毒DNA。

    核苷酸脱氧酶将核苷酸转化为脱氧核苷酸[20]。 EB病毒编码的这个蛋白有两个亚基,分别为85kd和34kd,根据对氨基酸序列的分析,以及对单纯疱疹病毒同源蛋白的研究,小亚基具有酶的活性[21],而大亚基可以结合底物脱氧核苷酸[22]。胸苷激酶可以使胸苷磷酸化[23]。它大约有67kd。酶活性位于蛋白C端。与细胞胸苷激酶所不同的是,它对底物的选择特异性差,可以使核苷酸衍生物的类似物,如AraT(阿糖胸苷)和ACV(无环鸟苷)磷酸化。而这些形成的磷酸物却可以抑制EB病毒DNA多聚酶的活性,从而阻止病毒DNA的合成,因此可以用于特异性抗病毒的化学疗法。尿苷磷酸降解酶可以使尿苷三磷酸转化为尿苷一磷酸,即胸苷酸的前身[24]。由于此酶提高了胸苷酸的浓度,而降低了尿苷酸的含量,可以减少在DNA合成过程中因加入尿苷酸而产生的错误。尿苷脱糖酶可以除去插入DNA中的尿苷酸[25]。两种现象可以导致尿苷酸出现在DNA中:一是由于DNA多聚酶错把尿苷酸当成胸苷酸,与模板中腺苷互补;另外有可能是胞苷酸脱氨形成尿苷酸,引起突变[26]。UNG可以因此减少新合成的DNA中由于插入尿苷酸引起的变异。DNA降解酶有内切酶及5’到3’外切酶的活性[27],分子量约为50kd左右。它可以降解宿主细胞DNA,提供合成病毒DNA所需的脱氧核苷酸[28]。另外由于它可以和 DNA复制所需的 DNA多聚酶[29], EA-D蛋白[29]和 P135蛋白[18]相结合,因此有可能直接参与DNA复制,但具体功能不详。最后,有人认为它有与单纯疱疹病毒的DNA降解酶类似的功能,使合成的 DNA中间产物成熟化,成为可以装入壳蛋白的基因组[30]
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    3 EB病毒在裂解期DNA复制的模式

    目前国际上认为EB病毒在裂解期DNA复制模式与单纯疱疹病毒相类似,表现为两个阶段,先是θ式,然后为滚环式。θ式DNA复制时,病毒DNA游离体保持环状,首先从一个起点出发,两条DNA母链相分离,并分别被作为模板,由DNA多聚酶合成与其互补的子链DNA。复制叉向两个相反的方向前进,呈θ状。最后形成两个相连的环,分离后由连接酶将缺口修补形成完整的环。滚环式的DNA复制是在病毒DNA游离体的一条环上的特殊位点断裂,形成一个3’羟基末端,由此不断加入新的核苷酸与另一条DNA链互补;而断裂的另一端则不断与对应的DNA链分离,成为一个越来越长的线状末端,而被当作模板,由DNA多聚酶合成与其互补的DNA链。由于DNA多聚酶仅能沿5’到3’的方向催化子链的合成,因此子链是不连续的,它在 DNA连接酶的催化下,连成完整的子链。在电镜下可以观察到一个环状 DNA,拖着一条长度相当于几个病毒基因组的长长的尾巴,这条长链而后被切成一个基因组的长度。对 EB病毒在裂解期DNA复制产物的分析表明,初期有大量DNA游离体形成,然后就出现相连接的大分子量分子[31,32]。这一复制形式如图3所示。对带有Orilyt的质粒复制过程的观察也同样证明双阶段DNA复制的学说[33]
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    图3 滚环式DNA复制模式

    参考文献:

    [1]De the, G. and Zeng Y. Population screening for EBV markers toward Improvement of nasopharyngeal carcinoma control. In 'the Epstein-Bam vinls: recent advances' (Epstein and Acnong, Eds.),William Heinemann Medical books. London,1996.237

    [2]Ooka T., and Sixybay. J. W. Epstein-Barr virus immunopathology. in ‘spring seminars in immunopathology’ ,1991,13(2).Springer. New York.
, 百拇医药
    [3]Hammerschmidt, W. And Sugden, B. Identification and characterization of oriLyt, a lytic origin of DNA replication of Epstein-Barr virus. Cell,1988, 55:427~433

    [4]Portes, S. S., Sergeant, A. and Gruffat, H. A particular DNA structure is required for the function of a cis-acting component of the Epstein-Barr virus orilyt origin of replication. Nucleic Acids Res,1997, 25:1347~1354

    [5]Schepers, A., Pich, D. and Hammerschmidt, W. Activation of oriLyt, the lytic origin of DNA replication of Epstein-Barr virus, by BZLFI . Virology,1996,220:367~376
, 百拇医药
    [6]Fixman, E. D., Hayward, G. S. and Diane Hayward, S.Transacting requirements for replication of Epstein-Bar virus oriLyt. J Virol,1992,66:5030~5039

    [7]Flemingtn, E. K., Goldfeld, A. E. And Speck, S. H. Efficient transcription of the Epstein-Barr virus immediate-early BZLFI and BRLFI genes requires protein synthesis. J.Virol,1991,65:7073~7077

    [8]Gun, Z. S. And Depamphilis, M. L. Specific transcription factors stimulate simian virus 40 and polyomavirus origins of DNA replication. Mol Cell Biol,1992,12:2514~2524
, 百拇医药
    [9]Haigh, A., Greaves, R. And O'Hare, P.Interference with the assembly of a virus-host transcription complex by peptide competition. Nature ,1990,344:257~259

    [10]Bennett, C. E.and Hassell, J. A. Activation of polyomavirus DNA replication by yeast Gal4 is dependent on its transcriptional activation domains. Embo J,1991,10:959~969

    [11]Gao, Z., Krithivas, A., Finan, J. E.,et al. The Epstein-Barr virus lytic transactivator Zta interacts with the helicase-primase replication protein. J Virol ,1998,72:8559~8567
, http://www.100md.com
    [12]Tsurumi, T. Primer terminus recognition and highly processive replication by Epstein-Barr virus DNA polymerase. Biochem J ,1991.703~708

    [13]Tsurumi, T. Characterization of 3' to 5' exonuclease activity associated with Epstein-Bau virus DNA polymerase. Virology ,1991,182:376~381

    [14]Tsurumi, T., Daikoku, T., Kurachi, R. et al.Functional interaction between Epstein-Barr virus DNA polymerase catalytic subunit and its accessory subunit in vitro. J Virol,1993, 67:7648~7653
, http://www.100md.com
    [15]Tsurumi, T., Daikoku, T. and Nishiyama, Y. Further characterization of the interaction between the Epstein-Barr virus DNA polymerase catalytic subunit and its accessory subunit and its accessory subunit with regard to the 3' to 5' exonucleolytic activity and stability of initiation complex at primer terminus. J Virol,1994,68:3354~3363

    [16]Tsurumi, T., Kobayashi, A., Tamai, K.,et al.Y.Epstein-Barr virus single-stranded DNA-binding protein: purification, characterization, and action on DNA synthesis by the viral DNA polymerase. Virolgy,1996,222:352~364
, 百拇医药
    [17]Decaussin, G., Leclerc, V. And Ooka, T. The lytic cycle of Epstein-Barr virus in non producer Raji line can be rescued by the expression ofa 135kDa protein encoded by BALF2 ORF deleted in the cells. J Virol,1995,69:7309~7314

    [18]Zeng, Y., Middeldorp, J., Madjar, J. et al. A mqior DNA binding protein encoded by BAI.F2 open reading frame of Epstein-Barr virus (EBV) forms a complex with other EBV DNA-binding proteins: Dnase, EA-D, and DNA polymerase. Virology,1997,239:285~295
, 百拇医药
    [19]Lin, S. F., Hsu, T. Y., Liu, M. Y., et al.Characterization of Epstein-Barr Dnase and its interaction with the major DNA binding protein. Virology,1995,208:712~722

    [20]Dilner, J. And kallin, B. The Epstein-Barr virus proteins. Adv Cancer Res,1988,50:95~158

    [21]Filatov, D., Ingemarson, R., Graslund, A. And Thelander, L. The role of herpes simplex virus ribonucleotide reductase small subunit carboxyl terminus in subunit interaction and formation of iron-tyrosyl center structure. J Biol Chem,1992,267:15816~15822
, http://www.100md.com
    [22]Daikoku,T., Yamamoto, N., Maeno, K. et al.Role of viral ribonucleotide reductase in the increase of dTTP pool size in herpes simplex virus-infected vero cells. J Gen virol,1991.1441~1444

    [23]Ooka, T., Calender, A., de, T. M. et al. Effect of arabinofuranosylthymine on the replication of Epstein-Barr virus and relationship with a new induced thymidine kinase activity. J Virol,1983,46:187~195

    [24]Sommer, P., Kremmer, E., Bier, S., et al. Cloning and expression of the Eptein-Barr virus-encoded dUTPase: patients with acute, reactivated or chronic virus infection develop antibodies against the enzyme. J Gen Virol,1996.2795~2805
, 百拇医药
    [25]Olsen, L. C., Aasland, R., Wittwer, C. U., et al.Molecular cloning of human uracil-DNA glycosylase, a highly conserved DNA repair enzyme. Embo J ,1989,8:3121~3125

    [26]Lindahl, T. DNA glycosylases, endonucleases for apurinic/apyrimidinec sites. and base excision-repair. Prog Nucleic Acid Res Mol Biol,1979,22:135~192

    [27]Stolzenberg, M. C. And Ooka, T.Purification and properties of Epstein-Barr vims DNase expressed in Echerichia coli. J. Virol,1990.6496~6106
, 百拇医药
    [28]Feighny, R. J. Henry, B and pagano, J. S. Epstein-Barr virus-induced desoxynuclease and the reutilization of host-cell DNA degradation products in viral DNA replication. Virology,1981,115:395~400

    [29]Daibata, M and Sairenji, T.Epstein-Barr virus (EBV) replication and expressions of EA-D (BMRF1 gene product), viurs-specific deoxyribonuclease, and DNA polymerase in EBV-activated Akata cells. Virolog,1993,196:900~904

    [30]Shao, L., Rapp, L.M. and Weller, S. K. Herpes simplex virus l alkaline nuclease is required for efficient egress of capsids from the nucleus. Virolgy,1993,196:146~162
, 百拇医药
    [31]Shaw, J. E. The circular intracellular form of Epstein-Barr virus DNA is amplified by the viurs-associated DNA polymerase. J Virol,1985,53:1012~1015

    [32]Siegel, P. J., Clough, W. And strominger, J. L. Sedimentation characteristic of newly synthesized Epstein-Barr viral DNA in superinfected cell. J Virol,1981,38:880~885

    [33]Pfuller, R. And Hammerschmidt, W. Plasmid-like replicative intermediates of the Epstein-Barr virus lytic origin of DNA replication. J Virol,1996,70:3423~3431

    收稿日期:2000-01-17, http://www.100md.com