14-3-3ζ与细胞凋亡

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【作者】 陈惠华  陆应麟 

【关键词】14-3-3ζ 细胞凋亡 配体 

【出版日期】2005-04-30

【摘要】细胞凋亡的调控是一个复杂的过程,1433ζ作为凋亡抑制蛋白,近年来对其研究不断深入。本文介绍了1433ζ的结构特点以及抑制细胞凋亡的机制,同时简要介绍了该蛋白的配体类型及其拮抗剂的应用。

【刊名】军事医学科学院院刊

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1433蛋白最早由Moore等于1967年提出,用来描述酸性的高丰度的脑特异蛋白。目前,1433蛋白已经演变成为在真核细胞中普遍存在的、高度保守的蛋白质家族,该家族可以和许多信号蛋白,包括激酶、磷酸酶和跨膜受体等结合,在信号转导、细胞周期以及细胞凋亡的调控等方面发挥重要作用。在哺乳动物中,该家族至少存在7个由不同基因编码的高度保守的亚型(β,γ,ε,η,σ,τ,ζ)。1433ζ是其中的1个亚型,主要参与对细胞凋亡的调控。本文集中对此进行综述。11433ζ的结构特点1433ζ最显著的特征是以二聚体的形式存在。在人类,每个单体由245个氨基酸构成,相对分子质量约28×103。每个单体包括9个反向平行的α螺旋结构(α1~α9)。二聚体呈杯形,在里面每一个单体均由α3、α5提供的带电荷的极性残基和α7、α9提供的疏水残基形成一个双亲性的凹槽。该凹槽是与众多配体进行结合的位点。需要指出的是构成凹槽的这些残基在该蛋白家族的不同亚型中是高度保守的。另外,二聚体的界面是由一个单体的α1螺旋与另一单体的α3、α4螺旋构成的,中间保留一个6~8的孔。在界面中有L12、A16、V62、I65、Y82等疏水和极性残基,这些残基大部分是保守的[1]。与高度保守的内表面的氨基酸残基不同,构成二聚体的外表面的氨基酸残基是可变的。1433ζ的另一个重要特征是含有3个磷酸化位点,即Ser58,Ser184,Thr232。Ser58位于二聚体的界面,由丝裂原活化蛋白激酶激活的蛋白激酶2(mitogen activatedproteinki nase activatedproteinkinase2,MAPKAPK2)[2]和鞘氨醇依赖的蛋白激酶1[3]磷酸化。Woodcock等[4]研究发现该位点的磷酸化决定1433ζ以二聚体还是单体形式存在。Aitken等[5]报道1433δ是1433ζ在Ser184磷酸化的形式,该位点的磷酸化在体外能够增强1433ζ与PKC的相互作用。Obsilova等[6]发现Thr232的磷酸化可引起C端构象的改变,抑制其与pRaf259肽的结合以及1433ζ介导的5羟色胺N乙酰转移酶的活化。21433ζ对细胞凋亡的调控凋亡,又称程序性细胞死亡,在机体的正常发育以及许多疾病(如肿瘤)的病理生理过程中都起重要的作用。凋亡是由抗凋亡和促凋亡因子之间的平衡所决定的,细胞外信号通过影响该平衡决定凋亡的进程。1433ζ可以通过不同机制在多个层次对凋亡产生抑制效应。2.1对MAPK级联反应的调控肿瘤坏死因子受体如TNF R1、CD95与配体结合后被激活可启动凋亡。TNF R1的激活可募集肿瘤坏死因子受体相关的死亡结构域(TNFreceptor associateddeathdomain,TRADD)以及Fas相关的死亡结构域(Fas associateddeath domain,FADD)、半胱天冬酶(caspase)8,随后激活半胱天冬酶3,半胱天冬酶3可以去除MAPK/MEKK1N端调控结构域,从而引起凋亡。1433ζ结合在MEKK1的调控结构域,抑制半胱天冬酶3的作用[7],从而抑制凋亡。利用1433ζ的显性负突变体进行研究发现1433ζ通过调控JNK1和p38MAPK抑制凋亡[8]。2.2对Bcl2家族的调控Bcl2家族是重要的调控蛋白家族,其成员包括促凋亡蛋白(BAD、BID、BAX、Bak、Bcl Xs)和抗凋亡蛋白(Bcl2、Bcl XL、Bfl1/A1、Mcl1)。在该家族所有成员中,BAD研究最广泛。BAD有3个磷酸化位点Ser112、Ser136和Ser155,通过2条不同的信号通路磷酸化[8],Ser136被Akt1磷酸化,Ser112、Ser155被RSK1、PKA磷酸化。Ser112的磷酸化可以增强Ser136的磷酸化并且与1433ζ结合,这是Ser155磷酸化所必需的。位于BH3作用区的Ser155的磷酸化使其被1433ζ隔离在胞浆,从而阻止BAD与Bcl2和Bcl XL的结合,抑制凋亡[9]。Masters等[10]研究表明,1433ζ与BAD的相互作用是严格依赖于Ser136磷酸化的。当BAD被促凋亡磷酸酶[如钙激活蛋白磷酸酶(calci neurin)[11]和蛋白磷酸酶2A[12]]去磷酸化,1433ζ便与BAD分离,使BAD与Bc12和Bcl XL结合,重新定位到线粒体,引起凋亡。Konishi等[13]研究发现,当CDC2磷酸化BAD的Ser128后可以抑制Ser136磷酸化的BAD与1433ζ的相互作用,从而诱导凋亡。还有研究表明1433ζ可以直接和凋亡调控蛋白BAX相互作用,这种作用不依赖丝氨酸/苏氨酸的磷酸化[14]。2.3对转录因子的调控FKHRL1是Forkhead转录因子家族成员,可转录促凋亡基因,是诱导凋亡的转录激活子,可被Akt1磷酸化。存活信号使Akt1活化后转位到细胞核,在细胞核中将FKHRL1磷酸化。被Akt1磷酸化后的FKHRL1被转运出细胞核与1433ζ结合,被隔离在胞浆从而抑制凋亡;存活信号去除后,FKHRL1去磷酸化,与1433ζ分离,重新回到胞核,激活死亡基因致使细胞凋亡。2.4对凋亡相关激酶的调控Akt1通过磷酸化BAD、FKHRL1以及半胱天冬酶9实现对凋亡的抑制。Basu等[15]报道,YAP在细胞核可作为转录因子p73的共激活剂,DNA损伤后,p73介导的BAX的表达需YAP的参与,而YAP由于Ser127被Akt1磷酸化而与1433ζ结合被隔离在胞浆,功能被削弱,从而抑制凋亡。凋亡信号调节激酶1(apoptosissignal regulatingkinase1,ASK1)可与TRAF2作用,通过JunN端激酶通路激活转录因子AP1,使TNF表达。当ASK1的Ser967被磷酸化可以与1433ζ结合,使通路受阻抑制TNF表达,实现对凋亡的抑制。过表达1433ζ的细胞对ASK1诱导的细胞凋亡不敏感,而ASK11433相互作用被阻断的细胞中细胞死亡增多[16]。31433ζ配体的类型如前所述,1433ζ以二聚体的形式存在,通过与配体的结合而发挥作用。值得注意的是,其每个单体可结合不同的配体。总体来说,其配体包括两大类,即磷酸化依赖的配体和非磷酸化依赖的配体。3.1磷酸化依赖的配体此类配体与1433ζ的相互作用是通过其磷酸化的丝氨酸残基介导的。Muslin等[17]利用c Raf来源的肽发现1433ζ可直接与c Raf的磷酸化丝氨酸结合,由此他们发现了可与1433ζ高亲合力结合的RSXpSXP基序(motif)。然而并非所有的配体都含有该基序,Yaffe等[18]通过广泛筛选发现了另外2个基序,即R[S/Ar][+/Ar]pS[L/E/A/M]P和R X[Ar][+]pS[L/E/A/M]P。包含这些基序的合成肽与1433ζ有很高的亲合力。3.2非磷酸化依赖的配体除了通过磷酸化丝氨酸介导与配体进行作用,1433ζ还可以直接与另外一类配体结合,这类配体统称为非磷酸化依赖的配体,包括Raf1的半胱氨酸富集结构域(CRD)[19]、血小板糖蛋白的黏附受体Ibalpha的胞浆区、ADP核糖转移酶(ADP ribosyltransferase,ADPRT)ExoS以及5磷酸酶等。非磷酸化配体与1433ζ的相互作用可被含磷酸化丝氨酸的肽所抑制,推断2种配体可能使用共同的结合位点[20]。41433ζ拮抗剂研究1433ζ的拮抗剂不仅有助于该蛋白家族功能的分析研究,而且可能作为功能失常的潜在治疗手段。与配体的类型相似,拮抗剂也有2类:磷酸化丝氨酸基序为基础的拮抗剂和非磷酸化肽类拮抗剂。4.1磷酸化丝氨酸基序为基础的拮抗剂如pS Raf259,对多种亚型有较高的亲和力[7],作用时结合于1433ζ的保守的双亲性的凹槽。4.2非磷酸化肽类拮抗剂R18R18是从噬菌体展示文库中分离出来的短肽,也作用于1433ζ保守的双亲性的凹槽,对1433家族许多亚型都显示出很高的亲和力。R18能够破坏1433ζ与磷酸化和非磷酸化配体的结合,因此可能阻断1433ζ与全部或大多数配体的相互作用[21]。另外,R18能够提高肿瘤细胞对化疗药物的敏感性[22]。为提高R18的亲和力,Masters等[23]设计了二聚体形式的R18———Difopein(dimericfourteen three three peptideinhibitor),研究表明Difopein可促使细胞凋亡。5结语作为1433家族的一个亚型,1433ζ可与不同的靶蛋白相互作用,通过对靶蛋白功能的抑制、活化、结构的稳定或者转位等方式,对细胞凋亡进行多层次的调控。在参与凋亡调控的过程中,1433ζ也参与了众多的信号转导通路,因此有必要系统深入地研究1433ζ的功能,为明确整个蛋白质家族的功能奠定基础。恶性肿瘤细胞大多表现为凋亡抑制,因此利用1433ζ拮抗剂结合近年来兴起的RNA干涉技术,通过降低1433ζ的表达水平,促进细胞的凋亡,可能为恶性肿瘤的治疗提供新的策略。14-3-3ζ与细胞凋亡@陈惠华$军事医学科学院基础医学研究所!北京100850 @陆应麟$军事医学科学院基础医学研究所!北京10085014-3-3ζ;;细胞凋亡;;配体细胞凋亡的调控是一个复杂的过程,1433ζ作为凋亡抑制蛋白,近年来对其研究不断深入。本文介绍了1433ζ的结构特点以及抑制细胞凋亡的机制,同时简要介绍了该蛋白的配体类型及其拮抗剂的应用。[1]LiuD,BienkowskaJ,PetosaC,etal.Crystalstructureofthe zetaisoformofthe1433protein[J].Nature,1995,376(6536):191-194. [2]PowellDW,RaneMJ,JoughinBA,etal.Proteomicidentifica tionof1433zetaasamitogen activatedproteinkinase activated proteinkinase2substrate:roleindimerformationandligand binding[J].MolCellBiol,2003,23(15):5376-5387. [3]MegidishT,CooperJ,ZhangL,etal.Anovelsphingosine de pendentproteinkinase(SDK1)specificallyphosphorylatescer tainisoformsof1433protein[J].JBiolChem,1998,273(34):21834-21845. [4]WoodcockJM,MurphyJ,StomskiFC,etal.Thedimericversus monomericstatusof1433zetaiscontrolledbyphosphorylation ofSer58atthedimerinterface[J].JBiolChem,2003,278(38):36323-36327. [5]AitkenA,HowellS,JonesD,etal.1433alphaanddeltaare thephosphorylatedformsofraf activating1433betaandzeta.InvivostoichiometricphosphorylationinbrainataSer Pro Glu Lysmotif[J].JBiolChem,1995,270(11):5706-5709. [6]ObsilovaV,HermanP,VecerJ,etal.1433zetaC terminal stretchchangesitsconformationuponligandbindingandphos phorylationatThr232[J].JBiolChem,200

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