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牛乳头瘤病毒基因组结构和功能

2023.3.22
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coco5517

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  乳头瘤病毒(papillomavirus)是感染人和动物皮肤、粘膜并引起乳头状瘤病变的一种DNA病毒,属于乳多空泡病毒(papovavirus)科。根据病毒感染的宿主不同可以分为牛乳头瘤病毒(BPV),人乳头瘤病毒(HPV)等。已发现的乳头瘤病毒基因组都具有相似的结构。下面以BPV为例说明乳头瘤病毒的基因组结构及功能。BPVDNA全长7945bp,为闭环超螺旋结构,在宿主细胞中可以和组蛋白结合形成核小体。以BPVDNA中单一的HpaⅠ酶切位点第一碱基G为1号位,按5'→3'的方向给碱基编号定位。DNA序列分析表明,所有的开放读框(ORF)都存在于一条DNA链上,基因之间有相互重叠。整个BPV基因组分为编码区和非编码区(NCR),编码区又按其编码蛋白质的功能不同,分为早期转录功能区(E区)和晚期转录功能区(L区)。

  1.非编码区(NCR)非编码区又称上游调控区(URR)或长控制区(LCR),位于晚期基因L1终止密码子与早期基因E6第一个起始密码子之间,长度在不同的乳头瘤病毒中不一样,在BPV中长约1.0kb。在NCR转录的启动子序列,可以启动早期基因的转录和表达,另外,在该区还有增强子序列,可以被早期基因产物E2蛋白激活,进一步促进早期基因AAC的表达,已搞清了BPVNCR区增强子的序列,该序列为TTGGCGGNNG和ATCGGTGCACCGAT回文结构。从NCR的结构特点上可以看出其主要功能是调节BPV基因的表达。

  2.早期转录功能区(或称早期基因区,E区)BPV的E区含有八个开放读框(ORF),分别为E6、E7、E8、E1、E2、E3、E4、E5,其中E6、E7、E1基因有部份重叠,E8完全在E1中,E3、E4全部包含在E2中,E5与E2部份重叠。E2ORF编码的蛋白产物可以与NCR的增强子结合,而提高或降低早期基因的表达水平。另外,E2ORF与E1ORF协同可以维持乳头瘤病毒DNA的游离状态而不整合到宿主细胞染色体上去。E6和E7ORFs编码的蛋白质可能是致癌蛋白。E6和E7蛋白可以引起宿主向恶性转化成为肿瘤细胞。关于E6、E7蛋白引起细胞转化的机制,现阶段尚不清楚,但有两种解释。[1]在E6、E7蛋白的氨基酸序列中发现有Cys-x-x-Cys重复序列,认为该结构是细胞内核酸结合蛋白所具备的特异性结构,因而认为E6、E7蛋白是DNA结合蛋白,可以调节基因的活性,进一步影响宿主细胞的增殖和分化,使该过程失去控制而形成肿瘤;[2]最近,在正常细胞中发现有两种蛋白质分子量分别为53KD和106KD分别称为p53和p106蛋白质。这两种蛋白质缺失或失活往往引起细胞的恶性化。研究发现,乳头瘤病毒的E7和E6蛋白分别可以和p53和p106蛋白质结合而使其失活,这也可能是E6和E7蛋白质导致细胞恶性化的一种机制。

  3.晚期转录功能区(晚期基因区、L区):L区ORFs有两个,即L1和L2ORF,编码乳头瘤病毒的外壳蛋白,其中L1蛋白是主要外壳蛋白,L2蛋白是次要外壳蛋白。

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