Trecho do OMIM sobre a antitripsina alfa 1, que é um inibidor de protease que se liga às proteases: elastase, tripsina, quimotripsina (um inibidor da protease digestiva), trombina e proteases bacterianas.Tradução: Isabela Matheus

107400 PROTEASE INHIBITOR 1; PI
Alternative titles; symbols
PI1ALPHA-1-ANTITRYPSIN;
AAT
ANTI-ELASTASEANTITRYPSINSERPINA1ALPHA-1-ANTITRYPSIN DEFICIENCY, AUTOSOMAL RECESSIVE, INCLUDED

Gene map locus 14q32.1

TEXT
MOLECULAR GENETICS

Lai et al. (1983) cloned the alpha-1-antitrypsin gene and showed that it contains 3 introns in the peptide-coding region. All persons showed 2 distinct bands (9.6 kb and 8.5 kb long) when the cloned gene was used as a hybridization probe to analyze EcoRI-digested genomic DNA. Analysis using only intronic DNA as probe showed that the authentic gene resides in the 9.6-kb fragment. The other gene may be a pseudogene. See 107410.

Lai e outros (1983) clonaram o gene da antitripsina alfa 1 e mostraram que ele contém três íntrons na região codificadora de peptídeo. Todas as pessoas mostraram duas bandas distintas (9.6 kb e 8.5 quilobases de comprimento) quando o gene clonado foi usado como uma prova de hibridização para análise do DNA assimilado no genoma de EcoRi. Análises usando somente DNA de íntrons como prova demonstraram que o gene autêntico reside no fragmento de 9.6 quilobases. O outro gene pode ser um pseudogene. Veja OMIM 107410.

Long et al. (1984) provided the complete cDNA sequence of the PI gene. The genomic length of the gene is 10.2 kb with a 1,434-bp coding region. The gene has 4 introns; exon 1, the 5-prime portion of exon 2, and the 3-prime portion of exon 5 are noncoding regions. The first intron, 5.3 kb long, contains a 143-amino acid open reading frame (which does not appear to be an actual protein coding region), an Alu family sequence, and a pseudotranscription initiation region. Carrell (1986) cited evidence for the existence of 2 genes coding for alpha-1-antitrypsin, although the plasma findings are compatible with expression of the alleles at a single locus. Sefton et al. (1989) used pulsed field gel electrophoresis to demonstrate that the genes encoding alpha-1-antitrypsin and alpha-1-antichymotrypsin (AACT) are approximately 220 kb apart and oriented in opposite directions. By in situ hybridization, Ledbetter et al. (1987) localized the AAT locus to mouse chromosome 12.

Long e outros (1984) proporcionaram a seqüencia completa do clone de DNA do gene PI. A extensão genômica do gene é de 10.2 quilobases com uma região codificadora de 1.434 pares de bases. O gene tem quatro íntrons; um éxon, a porção da extremidade 5 do éxon 2, e a porção da extremidade 3 do éxon 5 são regiões não codificadoras. O primeiro ínron, de 5.3 quilobases de comprimento, contém uma fase de leitura aberta [fase de leitura são três nucleotídeos formando um códon iniciador: AUG/ATG; fase de leitura aberta é um gene que se presume ser o codificador de uma proteína, mas cujo produto não foi identificado, também conhecida como fase de leitura não identificada. dic.Stedman] de 143 aminoácidos(a qual não parece ser uma região codificadora da proteína em tese), uma seqüência da família Alu {obs.: enzima de restrição que corta o DNA em AGCT, produzindo duas extremidades cegas AG e CT; a seqüência TCGA é suscetível de causar mutações no DNA pela alteração de C por T, gerando um códon finalizador; ao invés de TCGA, têm-se TTGA, sendo TGA finalizador, a leitura pela polimerase II não prossegue e a proteína fica truncada} e uma região de iniciação de pseudotranscrição. Carrell (1986) citou evidência para a existência de dois genes codificadores para antitripsina alfa1, embora os achados no plasma sejam compatíveis com a expressão dos alelos num lócus singular. Sefton e outros (1989) usaram eletrosforese para demonstrar que os genes codificadores de antitripsina alfa 1 e antiquimiotripsina alfa 1 (AACT) [uma proteína inibidora da protease digestiva. Dic. Stedman] são aproximadamente 220 quilobases apartados e orientados em direções opostas (sua leitura pela polimerase II parte em sentidos contrários) . Através de hibridação “in situ”, Ledbetter e outros (1987) localizaram o lócus de AAT no cromosomo 12 do camundongo.

Molecular studies of a ring chromosome 14 showed that the IGH and D14S1 loci were missing, whereas the PI locus was present (Keyeux et al., 1989). Thus, PI is proximal to the other 2 loci, a conclusion that was supported by much earlier data. A noncoding alpha-1-antitrypsin-like gene (PIL; 107410) is located 12 kb 3-prime of the AAT gene. Billingsley et al. (1989) found that this gene and the PI and AACT genes are carried by a single 550-kb NarI fragment. Also see Billingsley et al. (1993).

Estudos moleculares de um cromossomo 14 aberto em círculo demonstrou que os lócus de IGH e D14S1 estavam perdidos, enquanto o lócus de PI estava presente (Keyeux e outros , 1989). Assim, PI é proximal aos outros dois lócus, uma conclusão que pode ser sustentada por muitos dados anteriores. Um gene parecido não codificador de anitripsina alfa 1 (PIL) é localiado a 12 quilobases da extremidade 3 do gene de AAT. Billingsley e outros (1989) demonstraram que esse gene e os genes de PI e AACT são carregados por um único fragmento de 550 quilobases NarI.

Nukiwa et al. (1986) found in the Z gene a second substitution in addition to that which is responsible for the change from glutamic acid to lysine at amino acid 342. The latter mutation is located in exon 5; the second mutation, GTG to GCG, was located in exon 3 and led to a predicted substitution of alanine for valine as amino acid residue number 213. The valine-to-alanine change at 213 was found in all of 40 Z haplotypes, using synthetic oligonucleotide gene probes directed toward the mutated exon 3 sequences in the Z gene. Furthermore, the exon 3 mutation eliminated a BstEII restriction endonuclease site, allowing rapid identification of the change in genomic DNA. Surprisingly, only 23% of the M1 haplotypes were found to be BstEII site negative. The new form of M1, i.e., M1(ala-213), is identical to M1 but has an isoelectric focusing 'silent' amino acid substitution. M1 has a frequency of 68 to 76%; M2, 14 to 20%; and M3, 10 to 12%. The Z gene represents 1 to 2% of all alpha-1-antitrypsin haplotypes.

Nukiwa e outros (1986) descobriram no gene Z uma segunda substituição em adição àquela que é responsável pela mudança de ácido glutâmico para lisina no aminoácido 342. A última mutação é localizada no éxon 5; a segunda mutação de GTG para GCG, foi localizada no éxon 3 e levou a uma substituição prevista de alanina por valina como resíduo de aminoácdo número 213. A mudança de valina para alanina no resíduo 213 foi encontrada em todos os 40 haplótipos de Z, usando genes sintéticos de oligonucleotídeos como prova direcionados às seqüências mutadas do éxon 3 no gene Z. Além disso, a mutação no éxon 3 eliminou um sítio de restrição da endonuclease BstEII, permitindo rápida identificação da mudança genômica do DNA. Surpreendentemente, somente 23% dos haplótipos M1, I.E., MI (ala-213 : alanina no resíduo 213), é idêntica ao M1 mas tem uma substituição de aminoácido silenciadora isoelétrica. M1 tem uma freqüência de 68 a 76%; M2, de 14 a 20%; e M3, de 10 a 12%. O gene Z representa 1 a 2% dos haplótipos da antitripsina alfa 1.

Garver et al. (1986) investigated the molecular basis of the Pi null-null alpha-1-antitrypsin phenotype. The gene appeared to be intact without discernible deletion or other structural abnormality, yet there was no detectable mRNA produced. The 5-prime promoter region also appeared to be normal. No evidence of hypermethylation of cytosine nucleotides in the promoter region was detected. The defect may be comparable to that in some forms of thalassemia in which a change, at a splicing site, for example, may lead to greatly reduced mRNA production. The null-null phenotype is accompanied by emphysema as is the ZZ and SZ phenotypes but an important difference is that cirrhosis and liver cancer do not occur with the null-null phenotype; there is no abnormal antitrypsin produced that is excreted with difficulty from the cells of synthesis.

Graver e outros (1986) investigaram as bases molecular do fenótipo PI nulo-nulo de antitripsina alfa 1. O gene pareceu ser intacto sem deleção dicernível ou outra anormalidade estrutural, embora não existisse mRNA detectável produzido. A região promotora na extremidade 5 também pareceu normal. Nenhuma evidência de hipermetilação de nucleotídeos de citosina na região promotora foi detectada. O defeito pode ser comparável àquele em algumas formas de talassemina na qual uma mudança de sítio de splicing, por exemplo, pode levar a grande redução de produção de mRNA. O fenótipo nulo-nulo é acompanhado pela enfisema como são os fenótipos ZZ e SZ, mas uma importante diferença é que a cirrose e o câncer no fígado não ocorrem no fenótipo nulo-nulo; não existe antitripsina anormal produzida que seja excretada com dificuldade das células de sua síntese.

Nukiwa et al. (1987) identified a null form of alpha-1-antitrypsin resulting from a frameshift causing a stop codon to be formed approximately 44% from the N terminus of the precursor protein. Although the molecular basis of antitrypsin deficiency was quite different from that in the Z haplotype, the phenotypic consequences were similar: severe deficiency associated with high risk of emphysema. Perlino et al. (1987) found that the AAT gene in macrophages is transcribed from a macrophage-specific promoter located about 2000 bp upstream of the hepatocyte-specific promoter. Transcription from the 2 AAT promoters is mutually exclusive; the macrophage promoter is silent in hepatocytes and the hepatocyte promoter is silent in macrophages. In macrophages, 2 distinct mRNAs are generated by alternative splicing.

Nukiwa e outros (1987) identificaram uma forma nula de antitripsina alfa 1 resultante de frame-shift [uma mutação que cria uma seqüência em que os grupos de três bases presentes no mRNA tornam-se sem registro; a inserção ou deleção de uma ou duas bases provocaria a inserção de resíduos de aminoácidos incorretos em cadeias de polipeptídeos em crescimento ou sinalizaria a terminação precoce da cadeia (dic.Stedman)] causando uma códon finalizador a ser formado aproximadamente a 44% do N terminal (nucleotídeo terminal) da proteína precursora. Embora as bases moleculares da deficiência de antitripsina fossem bastante diferentes daquelas no haplótipo Z, as conseqüências no fenótipo eram similares: severa deficiência associada com alto risco de enfisema. Perlino e outros (1987) acharam que o gene AAT nos macrófagos é transcrito de um promotor específico de macrófagos localizado aproximadamente a 2000 pares de base a montante do promotor específico de hepatócito. A transcrição a partir dos dois promotores de AAT é mutualmente exclusiva; o promotor no macrófago é mudo e hepatócitos e o promotor no hepatócito é mudo em macrófagos. Nos macrófagos, dois mRNAs distintos são gerados por splicing alternativo.

Cox et al. (1987) studied RFLPs associated with the AAT gene. They gave information on extensive variability expressed by the polymorphic information content (PIC) as proposed by Botstein et al. (1980). PI types and M subtypes tended to be associated with specific RFLP haplotypes. Bamforth and Kalsheker (1988) discussed a rare Pi null allele that in homozygous state leads to pulmonary emphysema at an early age. In 3 families, all the affected individuals presented in early childhood with recurrent chest infections and wheezing, presumably related to passive smoking. Even though there was no detectable AAT, no partial or complete deletion of the gene could be identified.

Cox e outros (1987) esudaram RFLPs associados com o gene AAT.
Eles deram informação sobre extensiva variedade expressada pelo conteúdo informação polimórfica (PIC) como proposto por Botstein e outros (1980). Tipos de PI e subtipos M tenderam a ser associados com haplótipos específicos de RFLP. Bamforth e Kalsheker (1988) discutiram um raro alelo nulo de Pi que em homozigotos levou a enfisema pulmonar em tenra idade. Em três famílias, todos os indivíduos afetados apresentaram-se na primeira infância com infecções recorrentes na caixa toráxica e ofegantes, presumivelmente relacionado com fumo passivo. Embora não houvesse AAT detectável, nenhuma deleção parcial ou completa do gene pode ser identificada.

By means of isoelectric focusing, Weber and Weidinger (1988) found a PI variant that they called PI S (Cologne). A father and daughter were heterozygous. Alpha-1-antitrypsin concentrations were within the normal range.

Por meio de enfoque isoelétrico, Weber e Weidinger (1988) acharam um PI variante que eles chamaram PI S (Colonia). Um pai e uma filha eram heterozigotos. As concentrações de antitripsina alfa 1 eram dentro da classificação normal.

Nukiwa et al. (1988) indicated that approximately 75 AAT alleles have been identified at the protein and/or gene level. The most common alleles are the 2 forms of M1, that with valine at position 213 and that with alanine at position 213 (called here M1A and M1V).

Nukiwa e outros (1988) indicaram que aproximadamente 75 alelos de AAT têm sido identificados nos mesmos níveis na proteína e no gene. Os alelos mais comuns são duas formas do M1, aquele com valina na posição 213 e aquele com alanina na posição 213 (chamados aqui M1A e M1V).

Hafeez et al. (1992) demonstrated that the AAT gene has 3 macrophage-specific transcriptional initiation sites upstream from a single hepatocyte-specific transcriptional initiation site. Macrophages use these sites during basal and modulated expression. Hepatoma cells use the hepatocyte-specific transcriptional initiation site during basal and modulated expression but also switch on transcription from the upstream macrophage transcriptional initiation sites during modulation by the acute phase mediator interleukin-6 (IL6; 147620).

Hafeez e outros (1992) demonstraram que o gene AAT tem três sítios de iniciação transcricionais específicos de macrófagos a montante de um único sítio de iniciação transcricional específico de hepatócito. Macrófagos usam esses sítios durante a expressão basal e modulatória. Células de hepatoma (carcinoma hepatocelular) usam o sítio de iniciação transcricional específico de hepatócito durante a expressão basal e modulatória [modulação: flutuação funcional e morfológica de células em resposta a mudanças nas condições ambientais; variação sistemátca de uma característica (p. ex. freqüência, amplitude) de uma oscilação mantida para codificar outras informações; uma modificação na cinética de uma enzima ou via metabólica; a regulação da taxa de tradução do RNAm por um códon modulador. Dic.Stedman], mas também trocam a transcrição a partir do sítio de iniciação transcricional de macrófagos a montante durante a modulação pelo mediador de fase aguda interleucina 6 (IL6).

Soutoglou and Talianidis (2002) analyzed the ordered recruitment of factors to the human alpha-1-antitrypsin promoter around the initial activation of the gene during enterocyte differentiation. They found that a complete preinitiation complex, including phosphorylated RNA Pol II (180660), was assembled at the promoter long before transcriptional activation. The histone acetyltransferases CBP (600140) and P/CAF (602303) were recruited subsequently, but local histone hyperacetylation was delayed. After transient recruitment of the human Brahma homolog BRM (600014), remodeling of the neighboring nucleosome coincided with transcription initiation. Soutoglou and Talianidis (2002) concluded that, at this promoter, chromatin reconfiguration is a defining step of the initiation process, acting after the assembly of the Pol II machinery.

Soutoglou e Talianidis (2002) analisaram o recrutamento ordenado de fatores para o promotor da antitripsina alfa 1 humana em torno da ativação inicial do gene durante a diferenciação do enterócito. Eles descobriram que um complexo de pré-iniciação completo, incluindo a Polimerase II de RNA fosforilada estava reunido ao longo do promotor antes da ativação transcricional. As acetiltransferases das histonas (CBP) e P/CAF foram recrutadas subsequentemente, mas a hiperacetilação das hstonas locais foi atrasada. Após um recrutamento transitório do homologo Brahma humano BRM, o remodelamento dos nucleossomos vizinhos coincidiu com a iniciação transcricional. Soutoglou e Talianidis (2002) concluíram que, neste promtor, a reconfiguração da cromatina é uma etapa definitiva do processo de iniciação, atuando após a reunião do maquinário da polimerase II.

Role in Human Immunodeficiency Virus-1 Infection

Bristow (2001) found that decreased human immunodeficiency virus (HIV) infectivity correlated significantly with decreased cell surface expression of lymphocyte elastase (HLE, or ELA2; 130130) on monocytes but not lymphocytes. Decreased levels of PI correlated with increased cell surface HLE expression and increased HIV infectivity.

Bristow (2001) descobriu que o declínio da infectividade do vírus da imunideficiência humana (HIV) correlacionava-se significativamente com o decréscimo na expressão de elastase dos linfócitos na superfície celular (HLE, ou ELA2) em monócitos mas não em linfócitos.

Bristow et al. (2001) showed that decreased HIV viral load correlated with decreased circulating PI. Furthermore, asymptomatic patients manifested deficient levels of active PI. Bristow et al. (2001) noted that deficient levels of PI lead to degenerative lung diseases and suggested that preventing PI deficiency may prevent HIV-associated pathophysiology.

Bristow e outros (2001) demonstraram que a diminuída taxa viral do HIV estava correlacionada com o decréscimo de PI circulante. Além disso, pacientes assintomáticos manifestaram niveis deficientes de atividade de PI. Bristol e outros (2001) notaram que esses níveis deficientes de PI levaram a doenças degenerativas dos pulmões e sugeriram que preventiva deficiência do PI pode evitar patofisiologia associada ao HIV.

Using subclones of monocytic cell lines, Bristow et al. (2003) showed that HLE localized to the cell surface, but not granules, of HIV-1-permissive clones, and to the granules, but not the cell surface, of HIV-1-nonpermissive clones. Stimulation of nonpermissive clones with lipopolysaccharide and LBP (151990), followed by exogenous PI, induced cell surface HLE expression, resulting in susceptibility to HIV infection. PI appeared to promote HIV coreceptor colocalization with surface HLE, thus permitting HIV infectivity.


Usando sub-clones de linhagens de monócitos, Bristow e outros (2003) demonstraram que HLE localizavam-se na superfície celular, mas não nos grânulos, de clones permissivos ao HIV-1, e nos grânulos, mas não na superfície celular, em clones não permissivos ao HIV-1. A estimulação de clones não permissivos com lipopolissacarídeos e LBP [A proteína de ligação a lipopolissacarídeo é um reagente de fase aguda produzida durante infecções por bactérias gran-negativas. Eucarióticos nobres têm vários mecanismos evoluídos de proteção contra tais infecções. Bactérias gram-negativas expressam lipopolissacarídeos (LPS; endotoxinas) em sua parede cellular externa, e os mamíferos respondem rapidamente à presentça de LPS no soro. LBP e outros reagentes de fase aguda, proteína bactericida de aumento de permeabilidade (BPI; 109195), ligam-se a LPS com alta afinidade. LBP é feita no fígado durante a fase aguda da infecção e é pensada por funcionar como uma transportadora para o LPS e para ajudar a resposta dos monócitos dependentes de LPS Veja CD14 (158120) para informação sobre o receptor para a proteína de ligação ao lipopolissacarídeo/complexo lipopolissacarídio.], seguida por PI exógeno, induziu a expressão de HLE na superfície celular, resultando em suscetibilidade à infecção por HIV. PI pareceu promover a colocalização do co-receptor do HIV-1 com HLE na superfície celular, assim permitindo a infectividade do HIV.

Shapiro et al. (2001) showed that, at physiologic concentrations, AAT and CE-2072, a synthetic inhibitor of neutrophil elastase and proteinase-3 (PRTN3; 177020), inhibited HIV-1 production in chronically infected monocytic cell lines, in fresh blood mononuclear cells infected after an activation step, and in permissive HeLa cells. EMSA analysis indicated that AAT suppressed activation of the HIV-1-inducing transcription factor NFKB (see 164011). In 5 individuals with the Z-type AAT mutation (glu342lys; 107400.0011), HIV-1 p24 antigen increased more than 6-fold in whole blood after infection with a monocyte-tropic HIV strain. In contrast, there was no significant increase in blood obtained from healthy volunteers.

Shapiro e outros (2001) demosntraram que, em concentrações fisiológicas, AAT e CE‑2072, um inibidor sisntético da elastase do neutrófilo e proteinase-3 (PRTN3), inibiu a produção do HIV-1 em células de linhagem nonocíticas infectadas cronicamente, em sangue fresco de células mononucleares infectadas após uma etapa de ativação, e em células HeLa permissivas. Análises de EMSA indicaram que AAT suprimiu a ativação do fator de transcrição NFKB indutor do HIV-1. Em cinco indivíduos com mutação de tipo Z na AAT (glu342lys), o antígeno p24 do HIV-1 aumentou mais do que seis vezes em todo o sangue após a infecção com uma linhagem de HIV de tropismo para monócitos.

By screening a peptide library generated from hemofiltrate, Munch et al. (2007) identified a 20-amino acid peptide from the C-proximal region of alpha-1-antitrypsin, designated virus-inhibitory peptide (VIRIP), as the most potent inhibitor of multiple HIV-1 strains, including those resistant to antiviral drugs. Changes in some VIRIP residues increased its antiviral potency 100-fold. VIRIP blocked HIV-1 entry by interacting with the virus gp41 fusion peptide. Munch et al. (2007) proposed that VIRIP may affect disease progression in HIV-1-infected individuals.

Através de verificação de uma biblioteca de peptídeos gerada a partir de hemofiltrados, Munch e outros (2007) identificaram um peptídeo de 20 aminoácidos da região C proximal (em direção ao centro) da antitripsina alfa 1, designado peptídeo de inibição de vírus (VIRIP), como o mais potente inibidor de múltiplas linhagens do HIV-1, incluindo aquelas resistentes a drogas antivirais. Mudanças em alguns resíduos de VIRIP aumentaram sua potência antiviral em 100 vezes. VIRIP bloqueou a entrada do HIV-1 pela interação com a fusão da glicoproteína 41 do vírus com o peptídeo. Munch e outros (2007) propuseram que VIRIP pode afetar a progressão da doença em indivíduos infectados pelo HIV-1.