基因Acp2编码的是酸性磷酸酶2(Acid Phosphatase 2,ACP2),这是一种在多种生物过程中发挥重要作用的酶。酸性磷酸酶是一种广泛存在于细胞内的酶,负责催化磷酸单酯的水解,将磷酸盐从底物中释放出来。ACP2作为一种酸性磷酸酶,其催化活性受到酸性环境的调节,通常在溶酶体等酸性细胞器中发挥功能。
在流感病毒感染过程中,ACP2被认为是一个关键的宿主因子。流感病毒进入宿主细胞后,需要与细胞膜融合以释放其遗传物质。研究表明,ACP2在流感病毒进入宿主细胞的过程中起着重要的作用。通过使用小干扰RNA(siRNA)技术,研究者发现敲低ACP2的表达能够显著抑制流感病毒的复制。在流感病毒感染的细胞中,降低ACP2的表达导致病毒蛋白和mRNA的表达显著减少,并抑制了病毒的多周期生长。此外,ACP2的敲低还减少了季节性流感A和B病毒以及禽流感病毒H7亚型的复制。然而,ACP2的敲低对埃博拉病毒和丙型肝炎病毒的复制没有影响。由于ACP2已知是一种溶酶体酸性磷酸酶,研究者评估了ACP2在流感病毒进入过程中的作用。尽管在ACP2耗竭的细胞中,病毒粒子与细胞表面的结合和内体酸化并未受到影响,但内体膜与病毒膜的融合却受到损害。因此,病毒进入过程的下游步骤,包括病毒核衣壳的脱壳和病毒核糖核蛋白的核输入,都受到了阻碍。这些结果表明,ACP2是调节流感病毒进入过程中融合步骤所必需的宿主因子[1]。
ACP2在植物中也具有重要的生物学功能。在水稻中,ACP2被认为是一个重要的光合作用调节因子,特别是在磷饥饿条件下。研究发现,在磷饥饿条件下,ACP2的表达显著增加,并且通过调节丝氨酸代谢来促进光合作用。ACP2的过表达导致光合磷利用效率(PPUE)提高了67%,而敲除ACP2则导致PPUE降低了32%。此外,通过基因编辑引入一个优异的等位基因,可以进一步提高PPUE。这些结果表明,ACP2在水稻中通过调节丝氨酸代谢来促进光合作用适应磷饥饿条件[2]。
ACP2还与神经退行性疾病,如帕金森病(PD)有关。研究发现,ACP2的表达模式在PD患者的脑黑质中发生改变。通过分析PD患者和正常对照的RNA测序数据,研究者发现ACP2的表达模式可以区分PD患者,并且与疾病的严重程度相关。进一步的研究发现,ACP2的表达与免疫浸润相关,并且与PD的肿瘤相关。这些结果表明,ACP2可能在PD的发病机制中发挥重要作用,并且可能是PD和肿瘤之间联系的一个潜在靶点[3]。
此外,ACP2还与溶酶体蛋白的去磷酸化有关。研究表明,ACP2和另一个酸性磷酸酶ACP5协同作用,负责将溶酶体蛋白上的甘露糖-6-磷酸(Man6P)残基去磷酸化。Man6P残基是溶酶体蛋白受体内吞和转运的识别信号。在溶酶体中,这些蛋白需要被迅速去磷酸化。研究发现,ACP2和ACP5的敲除导致溶酶体蛋白的去磷酸化不完全,并影响其功能。例如,溶酶体胆固醇结合蛋白NPC2的去磷酸化不完全导致其在酸性pH下与带负电的溶酶体膜相互作用的能力下降,从而影响胆固醇的转运[4]。
在发育过程中,ACP2的表达模式在哺乳动物的大脑中也发生动态变化。研究发现,ACP2在发育中的小鼠小脑中表达,并在出生后逐渐定位到浦肯野细胞的细胞体、树突和轴突末端。在成熟的小脑中,ACP2的表达将浦肯野细胞划分为不同的分子区,这些分子区与感觉运动神经回路的拓扑结构相关。这些结果表明,ACP2在小脑发育和功能中发挥着重要的作用[5]。
此外,ACP2的突变与小鼠的小脑发育缺陷有关。研究发现,ACP2突变小鼠(naked-ataxia,nax)的小脑皮层发育异常,浦肯野细胞的数量显著减少。进一步的研究发现,nax小鼠的小脑中MYCN蛋白的表达下调,并且SHH信号通路发生紊乱。这些结果表明,ACP2的突变导致小脑发育过程中浦肯野细胞的增殖和分化受损[6]。
综上所述,基因Acp2编码的酸性磷酸酶2(ACP2)在多种生物过程中发挥着重要的作用。ACP2在流感病毒进入宿主细胞的过程中起着关键的作用,并且在植物的光合作用、神经退行性疾病、溶酶体蛋白的去磷酸化以及大脑发育等方面也具有重要的功能。ACP2的研究有助于深入理解其在不同生物学过程中的作用机制,并为相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。
参考文献:
1. Lee, Jihye, Kim, Jinhee, Son, Kidong, d'Alexandry d'Orengiani, Anne-Laure Pham Humg, Min, Ji-Young. 2017. Acid phosphatase 2 (ACP2) is required for membrane fusion during influenza virus entry. In Scientific reports, 7, 43893. doi:10.1038/srep43893. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28272419/
2. Liu, Sushuang, Xu, Zhan, Essemine, Jemaa, Iqbal, Zubair, Qu, Mingnan. 2024. GWAS unravels acid phosphatase ACP2 as a photosynthesis regulator under phosphate starvation conditions through modulating serine metabolism in rice. In Plant communications, 5, 100885. doi:10.1016/j.xplc.2024.100885. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38504521/
3. Liang, Yu, Zhong, Guangshang, Li, Yangyang, Guo, Yu, Zhang, Ding. 2024. Comprehensive Analysis and Experimental Validation of the Parkinson's Disease Lysosomal Gene ACP2 and Pan-cancer. In Biochemical genetics, 62, 4408-4431. doi:10.1007/s10528-023-10652-x. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38310198/
4. Makrypidi, Georgia, Damme, Markus, Müller-Loennies, Sven, Saftig, Paul, Braulke, Thomas. 2011. Mannose 6 dephosphorylation of lysosomal proteins mediated by acid phosphatases Acp2 and Acp5. In Molecular and cellular biology, 32, 774-82. doi:10.1128/MCB.06195-11. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22158965/
5. Bailey, Karen, Rahimi Balaei, Maryam, Mehdizadeh, Mehdi, Marzban, Hassan. . Spatial and temporal expression of lysosomal acid phosphatase 2 (ACP2) reveals dynamic patterning of the mouse cerebellar cortex. In Cerebellum (London, England), 12, 870-81. doi:10.1007/s12311-013-0502-y. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23780826/
6. Jiao, Xiaodan, Rahimi Balaei, Maryam, Abu-El-Rub, Ejlal, Consalez, Giacomo G, Marzban, Hassan. 2021. Reduced Granule Cell Proliferation and Molecular Dysregulation in the Cerebellum of Lysosomal Acid Phosphatase 2 (ACP2) Mutant Mice. In International journal of molecular sciences, 22, . doi:10.3390/ijms22062994. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33804256/