包含SAM和HD结构域的蛋白(即SAMHD1蛋白)是一个非常独特的蛋白。它是目前为止唯一一个已知可以通过水解作用直接调控细胞d NTP水平的酶,它是可以抑制包括逆转录病毒等多种病毒感染的抗病毒因子,它还是人体自身免疫疾病AGS综合症和家族性红斑狼疮的相关蛋白。这一切都说明,SAMHD1在人体细胞中的地位举足轻重。然而,人们对SAMHD1蛋白功能的理解并不全面。首先,未有充足的证据表明d NTPase活性在SAMHD1抑制逆转录病毒感染的作用;其次,作为一种干扰素诱导蛋白,SAMHD1在干扰素诱导出的抗病毒活性中扮演何种角色也尚不清楚;再者,鉴于逆转录病毒和逆转录元件复制过程的相似性,SAMHD1能否调控细胞内源逆转录元件活性也待考察。这些都是本论文在立题时所要解答的问题。本论文通过对SAMHD1生物学功能的系统研究,得到以下成果:1.SAMHD1可能并不参与干扰素所诱导的抗病毒活性干扰素可以在外周血免疫细胞中诱导出很强的抗病毒活性。在体外实验中,类似的现象可以在单核细胞THP-1细胞中得以重复。本论文的研究发现,IFNα和PMA在THP-1细胞中都可以诱导出抗病毒活性,但是IFNα的诱导活性更为强大。有趣的是,无论IFNα还是PMA都无法诱导THP-1细胞中SAMHD1蛋白水平的增多。后续报道表明,PMA可以恢复SAMHD1蛋白的抗病毒能力,而Vpx蛋白则可以诱导SAMHD1蛋白的降解。因此,表达Vpx蛋白的野生型SIV可以突破PMA在THP-1中诱导出的抗病毒活性。但是,无论是HIV-1、SIV、还是SIVΔvpx都无法突破IFNα的作用。实际上,SIV根本无法在IFNα刺激的THP-1细胞中诱导SAMHD1蛋白的降解,一方面说明逆转录病毒无法膜融合作用将核心颗粒释放到IFNα刺激的THP-1细胞中,另一方面也说明在SAMHD1蛋白发挥作用之前,IFNα已经激活了其它免疫通路来防止THP-1细胞被感染。与此同时,我们有证据显示,即使在分裂细胞中,SAMHD1也参与细胞对逆转录病毒的抑制。2.SAMHD1是全新的逆转录元件调控因子逆转录元件是真核细胞内唯一利用逆转录活性实现自身复制的DNA元件,其活性和血友病以及癌症的发病相关。有迹象表明,逆转录元件的活性与人体自身免疫疾病同样存在联系。作为AGS相关蛋白的SAMHD1很可能通过d NTPase活性抑制逆转录元件的逆转录过程来抑制逆转录元件活性并调控细胞免疫。结果表明,SAMHD1确实可以有效地抑制多种逆转录元件的活性,并且这种抑制确实是通过抑制逆转录元件的逆转录活性实现的。然而,细致的分析则表明,SAMHD1抑制逆转录元件并非通过d NTPase活性,而主要是通过特异性诱导LINE1 ORF2p蛋白的降解实现的。对不同物种的SAMHD1蛋白抗LINE1活性的试验证明SAMHD1的这一活性在哺乳动物中是保守的。而AGS相关突变则在不同程度上削弱了SAMHD1对逆转录元件活性的抑制能力,说明AGS相关蛋白、逆转录元件、细胞免疫激活三者存在潜在的联系。3.四聚体是SAMHD1发挥生物学功能的必要条件SAMHD1的N末端截短突变体109-626和120-626在抑制LINE1活性的功能上存在极大不同。这一现象引发了我们对两者结构差异的兴趣,并最终导致了SAMHD1四聚体形式的发现。本论文随后考察了四聚体形式对SAMHD1各个生物学功能的意义。结果发现,单体突变体D137A仅保留了5%的d NTPase活性。在U937细胞中,D137A几乎无法抑制逆转录病毒的感染。而在HEK293T细胞中,单体D137A和二聚体120-626都不再可以有效地抑制LINE1的活性。这说明四聚体是SAMHD1发挥生物学功能的必要条件。更让人惊讶的是,四聚体还是SAMHD1被Vpx诱导降解的前提条件。这一切都说明了四聚体形式对SAMHD1蛋白的重要意义。综上,本论文的研究结果从多个不同的角度深入考察了SAMHD1蛋白在细胞中的生物学功能,揭示了SAMHD1参与调控逆转录元件活性的全新功能,发现了SAMHD1蛋白参与蛋白稳定性调控的证据,并验证了四聚体形式是SAMHD1发挥全部生物学功能的必要条件。这些发现对理解SAMHD1在细胞中的活性提出了更多的信息,为探索SAMHD1作为抗病毒因子的功能提供了更多线索,对解析SAMHD1调控细胞免疫系统的机制具有指导意义,并将为防治艾滋病和人体自身免疫疾病手段的研发提供分子机制和靶点。