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lican8341的博客

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日志

 
 

Axin与细胞信号转导的研究进展  

2014-12-04 21:28:25|  分类: 抬头望见北斗星— |  标签: |举报 |字号 订阅

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【关键词】  Axin基因

    【关键词】 Axin基因;WNT信号转导通路;JNK信号转导通路;肿瘤抑制物

  0引言

  Axin(axis inhibitor)基因是1997年对天然小鼠突变系基因克隆分析中发现的编码AXIN蛋白质的基因,原名FUSED,为了避免与不相干果蝇FUSED基因混淆,并推测FUSED基因在动物胚胎体轴分化中起重要作用,将其重新命名为AXIN,即轴抑制[1,2]. Axin可存在于许多生物体内,目前发现Axin家族有两个成员,Axin(Axin1)及其同源物Axil(Axin like),又称conductin或Axin2[2]. 基因分别定位于染色体16q133,17q24处. Axin可位于胞膜、胞质及胞核中,包括一个G蛋白信号域的调控区段, C端与Dishevelled蛋白N端保守序列高度同源. Axin具有多个固定结构域, 至少可以和18种蛋白质相互作用,作为支架蛋白发挥多种生物学功能. Axin的几个功能结构域的磷酸化位点高度保守.

  1Axin与WNT和JNK信号转导通路

  Axin在WNT和JNK两条信号转导通路中起双重作用. WNT和JNK信号转导通路是由一系列癌基因及抑癌基因编码的蛋白质组成,各种蛋白彼此联系,相互制约,从而构成复杂的信号传递网络. 这些信号转导在组织细胞的生长、分化、成熟、个体发育过程中起重要的调节作用,它们的信号转导异常与肿瘤的发生和胚胎的异常发育有密切关系. Axin有一系列蛋白结合位点,可与WNT及JNK信号转导通路的各重要分子相互作用形成复合物,在复合物中Axin起构架蛋白的作用,与其他因子一起共同调节这两种信号转导系统.

  1.1Axin与WNT信号转导通路

  1.1.1WNT/β链蛋白转导通路WNT通路是因其启动WNT蛋白而命名. 研究表明,β链蛋白在WNT\Wingless信号通路中扮演了重要角色. 在正常组织细胞中,β链蛋白与E钙黏蛋白形成复合物,从而保持胞质内β链蛋白浓度处于相对较低的状态. 哺乳动物WNT信号通路在WNT信号或其他细胞外信号刺激下,WNT与细胞表面相应受体Frizzled家族结合,通过Dishevelled蛋白拮抗β链蛋白降解复合物(APCAXIN)的形成,进而阻断β链蛋白磷酸化、泛素化. β链蛋白分子在细胞质内聚集,并与转录因子TCF4/LEF结合形成转录复合物转运入核,启动下游靶基因的转录和表达,调节细胞生长. 在无WNT时,胞质内高水平的β链蛋白可以反馈刺激负性调节分子如结肠腺瘤息肉蛋白(APC)抑癌基因、糖原合成激酶(GSK3β)和Axin等的表达,形成多元复合物,促使β链蛋白在GSK3β激酶作用下发生磷酸化,磷酸化的β链蛋白结合于βTRCP蛋白,再与泛素共价结合,最终被TRCP/SLIMB蛋白水解酶降解,使β链蛋白在胞内的浓度始终维持在较低水平,从而保证细胞行使正常的生理生化功能[3-6].

  1.1.2Axin对β链蛋白的负性调节作用近来研究表明,在未受刺激的细胞中,细胞内的β链蛋白信号发送行为通过丝氨酸/苏氨酸,被控制在很低的水平并伴随着普遍存在和快速降解WNT的刺激抑制了在胞质和胞核中累积的β链蛋白的磷酸化,在此过程中,Axin是一种必不可少的负性调节因子. Axin的作用就是吸收这条途径的大部分的组分,通过将酶(GSK3和酪蛋白激酶Iε)和底物(β链蛋白)结合,Axin促进了β链蛋白磷酸化的专一性和高效性,Axin同时也与肿瘤抑制蛋白APC相捆绑[3]. APC是β链蛋白降解循环中重要的组成蛋白,Axin调节β链蛋白与APC的结合. 在绝大多数结肠癌组织中发现了缺乏SAMP重复序列的APC突变,突变的APC不能与Axin结合,导致了WNT通路的异常活化[7]. APCAXIN复合体可调节丝氨酸/苏氨酸激酶GSK3β的活性,并且GSK3β催化β链蛋白的作用还必须在AXIN结合位点的参与下进行[8]. 不仅如此,APC还可以协助Axin引进β链蛋白,并形成以Axin为基础的复合物[3].

  1.2Axin与JNK信号转导通路

  1.2.1JNK信号转导通路JNK(CJunnh2Terminal Kinases)家族是一类丝氨酸/苏氨酸激酶,也被称为应激活化蛋白激酶(StressActie Map Kinases,SAPK),属于第三类MAPK(MitogenActivated ProTein Kinases)家族. JNK蛋白可由3个基因编码:JNK1,JNK2,JNK3. 其基因通过选择性剪切而产生10种JNK形式. 通过选择性剪切,JNK改变了停泊位点与底物结合能力,决定了底物的特异性[9].  多种激刺信号,如生长因子、细胞因子和环境刺激等直接或间接地激活MEKK1. MEKK1使MEKK4发生丝/苏氨酸磷酸化而激活,活化的MEKK4通过双磷酸化JNK的THR及TYR位点而激活JNK,使其磷酸化,JNK主要使JUN蛋白N末端磷酸化,并引起ATF1和EK等转录因子活化. 近来研究表明,JNK与多种疾病发生机制有关,从而使JNK在临床上可作为一个潜在的分子治疗靶.

  1.2.2Axin与JNK信号转导通路Axin在人类胚胎肾293T细胞的过度表达能有力地激活JNK通路. 在JNK通路中,Axin可通过MID位点与MEKK1结合并相互作用,从而激活JNK,促使细胞发生调亡. 其中MEKK1黏合在GSK3β或在酪氨酸激酶I的诱导下通过改变构象达到高水平调节,从而与Axin黏合,发挥作用. 进一步研究发现,Axin也有同MEKK4的结合位点,该结合位点不同于MEKK1的结合位点,所以缺乏MEKK1黏连结构的Axin仍然能够激活JNK. 在此途径下发现Axin可以激活小鼠胚胎细胞(MEKK1及一致出现的MEKK2在其中发挥无效状态),而且MEKK1与MEKK4在其中分别扮演了不同的角色,参与不同的信号转导途径. 同时,它们以竞争的状态去结合Axin,两者在黏连Axin的过程中会彼此排斥.   除了MEKK1和MEKK4各自的黏连之外,它们同时也有一个额外的通用区域,即使用专用的X区域在它们的连接区域之外激活JNK通路. Axin在JNK通路有一个临界的区域用于Axin调节JNK通路,它在MEKK1和MEKK4两个黏连区域之间,移动MEKK1或MEKK4不会影响Axin激活JNK途径. 然而,移动任意一块环绕在aa642~673附近的区域却完全破坏了Axin对JNK通路的影响[10].

  1.3WNT及JNK信号通路的关系在不同的信号通路中,其通路成分可以相互作用. 如WNT信号通路中的Dvl,CKI(Casein Kinase I)和GSK3β均可激活JNK通路,在JNK通路中Axin与MEKK的黏连成分同样可以激活WNT通路[11].

  2Axin与其他转导通路

  Axin在TGFB信号转导通路中,可作为Smad3的接合器,通过TGFB受体促进该通路的活性[12];  在Insulin通路中,Axin与DCAP作用,分解糖原[13]. 另外,在Eph/ephrin信号转导通路中Axin也有重要作用[14].

 3Axin的多种生物学功能

  在WNT信号转导通路中,β链蛋白是一种原癌基因, Axin降解β链蛋白,因此Axin可以作为一种肿瘤抑制物. 它的异常表达与多种肿瘤有关,如髓母细胞瘤、卵巢内膜样腺瘤、肝细胞肝癌等. 但目前还未完全清楚是Axin如何发挥作用的[15].  Axin在细胞骨架的排列中起重要作用. Dvl的有丝分裂纺锤体的形成与细胞骨架的重建有重要关系. Dvl和Axin均有DIX结构域,推测Axin也可以通过DIX结构域介导细胞骨架的重排[16].  正常情况下Axin只在神经元表达,星形胶质细胞不表达Axin,但在星形细胞瘤中却检测到Axin的突变. 有研究表明,Axin的异常表达可阻断胚胎癌细胞p19向神经元分化,所以Axin在神经组织的分化和间变中起到了重要作用. Axin在JNK信号转导通路中促进细胞凋亡.  Axin的突变可以导致神经系统的缺失[17], 并与结肠直肠癌、乳腺癌等有关. 另外Axin可以负性调节胚胎体轴发育[18].

  4小结

  综上所述,Axin是起多种支架蛋白作用的多功能蛋白,它从糖的代谢、细胞增殖、器官发育到细胞凋亡等多方面发挥作用. 近来,对其的研究已经开始集中于如何构建蛋白Axin介导MAP3K以及继发JNK活性作用等方面,但仍需要大量的研究和探讨.

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