E3泛素連接酶Arkadia的結(jié)構(gòu)特征、生物學(xué)功能及其在疾病發(fā)生發(fā)展中的應(yīng)用

1、E3泛素連接酶Arkadia的結(jié)構(gòu)特征、生物學(xué)功能及其在疾病發(fā)生發(fā)展中的應(yīng)用本文從網(wǎng)絡(luò)收集而來(lái)，上傳到平臺(tái)為了幫到更多的人，如果您需要使用本文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載按鈕下載本文檔（有償下載），另外祝您生活愉快，工作順利，萬(wàn)事如意！引言泛素化降解是真核細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的主要途徑可調(diào)控細(xì)胞凋亡、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、細(xì)胞周期、DNA損傷修以及免疫應(yīng)答等多種細(xì)胞活動(dòng)，該途徑具有依賴ATP、高效、高度選擇性的特點(diǎn).其中，E3泛素連接酶Arkadia是泛素化降解過(guò)程的關(guān)鍵酶.目前已知的研究報(bào)道,Arkadia可以特異性泛素化降解細(xì)胞內(nèi)蛋白,在纖維化疾病、腫瘤的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移、氣管重塑等多種疾病發(fā)病過(guò)程中都發(fā)揮著重要的作用.

2、本文就Arkadia研究進(jìn)展綜述如下1泛素化概述泛素最早是在1975年被發(fā)現(xiàn)的，他是一種分子量?jī)H為kDa的小分子調(diào)節(jié)蛋白，由76個(gè)氨基酸組成.其廣泛表達(dá)于哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)在細(xì)菌、酵母及高等植物體內(nèi)也廣泛表達(dá)，在酵母和人類之間僅有3個(gè)氨基酸的差異，因而具有高度的保守性.泛素可以單體形式存在，也可與靶蛋白形成復(fù)合物直到1982年，Ciechanover等對(duì)泛素化進(jìn)行了更為具體的描述.泛素化是指泛素分子在一系列酶作用下，對(duì)靶蛋白進(jìn)行特異性修飾的3步酶學(xué)反應(yīng)過(guò)程.首先，E1泛素激活酶通過(guò)水解ATP獲得能量,激活泛素分子,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)泛素分子與E1泛素激活酶的共價(jià)結(jié)合；然后在E2泛素結(jié)合酶的協(xié)助下，泛素

3、分子由E1泛素激活酶?jìng)鬟f給E2結(jié)合酶；E3泛素連接酶再將與E2泛素結(jié)合酶共價(jià)結(jié)合的泛素分子傳遞給靶蛋白，靶蛋白經(jīng)過(guò)多次泛素化過(guò)程，被多個(gè)泛素分子標(biāo)記，形成多聚泛素鏈；最終，被多聚泛素鏈所標(biāo)記的靶蛋白被26S蛋白酶體降解為小分子的多肽片段，同時(shí)釋放游離的可重新利用的泛素分子.在體內(nèi)，泛素化為一動(dòng)態(tài)過(guò)程，與其他轉(zhuǎn)錄后修飾過(guò)程一樣，可影響細(xì)胞內(nèi)的多個(gè)信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程.泛素化與去泛素化能否保持一定的平衡對(duì)于維持機(jī)體正常的生理狀態(tài)具有非常重大的意義.2 E3泛素連接酶Arkadia的結(jié)構(gòu)特征E3泛素連接酶決定了靶蛋白底物的特異性，是泛素化過(guò)程中起決定作用的關(guān)鍵.目前,已知的E3泛素連接酶有600多種，根據(jù)其

4、結(jié)構(gòu)和功能的不同，可以分為4類：HECT結(jié)構(gòu)域E3酶、RING結(jié)構(gòu)域E3酶、N末端規(guī)則E3酶、及環(huán)指相關(guān)E3酶.Arkadia是一種環(huán)形E3泛素連接幅,廣泛表達(dá)于成年哺乳動(dòng)物組織中,如包括睪丸、脾臟、胰腺、肺臟、腎臟、肝臟及心臟等.2001年Niederl?nder等30及其同事首先對(duì)Arkadia進(jìn)行了報(bào)道，他們的研究發(fā)現(xiàn)Arkadia可增強(qiáng)Nodal信號(hào)通路，誘導(dǎo)Node分子形成，這在胚胎早期發(fā)生過(guò)程中發(fā)揮著非常重要的作用.Arkadia是由994個(gè)氨基酸開(kāi)放閱讀框架構(gòu)成的蛋白，編碼基因?yàn)镽NF111;他具有泛素結(jié)合幅的RING結(jié)構(gòu)域及靶蛋白識(shí)別結(jié)構(gòu)，其N-末端時(shí)多個(gè)核定位信號(hào)，C-末端即

5、是具有特征性結(jié)構(gòu)-RINGfinger結(jié)構(gòu)域.RING-finger結(jié)構(gòu)域是指70個(gè)氨基酸中的8個(gè)氨基酸(半胱氨酸和組氨酸)通過(guò)與鋅離子螯合作用形成C3H2c3(RING-H2)或C3HIC4(RING-HC)構(gòu)型.其氨基酸序列為：Cys-X2-Cys-Xn(9-39)-Cys-Xl3-His-X23-Cys-X2-Cys-Xn(4-48)-Cys-X2-Cys(C2HC4)(X可以是任何氨基酸殘基，但在特定的位置還有特定的氨基酸殘基),Cys和His分別代表鋅結(jié)合殘基半胱氨酸和組氨酸，并且每一環(huán)指結(jié)構(gòu)域連有兩個(gè)鋅離子.3 Arkadia在信號(hào)通路中的作用/Smad信號(hào)通路中的作用bArkad

6、ia在TGF-,b(transforminggrowthfactor-bArkadia是一種細(xì)胞內(nèi)蛋白,可以通過(guò)泛素化降解細(xì)胞內(nèi)蛋白而發(fā)揮增強(qiáng)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子）信號(hào)通路的作用.與其他E3泛素連接幅所不同的是，Arkadia與Smadl、Smad2、Smad4SmadSSmad8分子不存在相互作用，bTGF-信號(hào)通路中的抑制性分子，b僅與Smad&Smad7具有較強(qiáng)的相互作用；而Smad6分子主要在BMP信號(hào)通路發(fā)揮重要作用.Smad7分子是TGF-、activin、nodal信號(hào)通路的激活.因此,b超家族的I型受體相結(jié)合，抑制SmadZSmad3的活化，從而抑制TGF-b可以與TGF-信號(hào)

7、通路的轉(zhuǎn)錄活性主要是通過(guò)泛素化降解Smad7分子而實(shí)現(xiàn)的.除Smad7分子以外，bArkadia增強(qiáng)TGF-Arkadia還可以通過(guò)降解P-Smad2/3分子發(fā)揮增強(qiáng)Nodal信號(hào)通路的作用.另外，Arkadia還可以降解c-Ski/SnoN,信號(hào)通路下游靶基因的轉(zhuǎn)錄.例如，在胚胎細(xì)胞中,b去除非活化狀態(tài)的R-Smad復(fù)合體，使得活化狀態(tài)的R-Smad復(fù)合體與靶基因相結(jié)合,進(jìn)而促進(jìn)TGF-信號(hào)通路下游基因的轉(zhuǎn)錄.因止匕bArkadia的表達(dá)缺失雖可募集P-Smad2/3分子，但卻不能啟動(dòng)TGF-通路的抑制因子，如Smad7、C-ski及SnoN,b/Smad信號(hào)通路，主要是通過(guò)泛素化降解TGF

8、-bArkadia參與調(diào)節(jié)TGF-信號(hào).b來(lái)放大TGF-Arkadia在骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7/Smads信號(hào)通路中的作用超家族的成員之一，在細(xì)胞增殖及成骨細(xì)胞分化的過(guò)程中都發(fā)揮著非常重要的作用.其中,Smad清白是骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7(bonebBMPs是TGF-morphogeneticprotein-7,BMP-7)/Smads信號(hào)通路下游重要的調(diào)節(jié)因子.首先，BMP-7蛋白與絲氨酸/蘇氨酸激幅I型和n型受體結(jié)合形成多聚復(fù)合物,而后結(jié)合Smads®白(如Smad1/5/8汲揮信號(hào)傳導(dǎo)作用.Smad6及Smad7是BMP-7/Smads信號(hào)通路中重要的抑制分子,信號(hào)通路的抑制分子.b構(gòu)

9、成一個(gè)重要的負(fù)反饋的環(huán)路其中Smad7既是BMP-7/Smads信號(hào)通路的抑制分子,又是TGF-信號(hào)通路的抑制作用相對(duì)較弱，卻可以有效地阻斷BMP-7/Smads信號(hào)通路.b但Smad6對(duì)于TGF-Tsubakihara等的研究揭示了在BMP誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化過(guò)程中,Arkadia的缺失會(huì)導(dǎo)致成骨細(xì)胞分化明顯減少.他們的研究表明Arkadia主要通過(guò)降解Smad6來(lái)發(fā)揮正向調(diào)控BMP-7/Smads信號(hào)通路的作用.Arkadia在EGF信號(hào)通路中的作用Arkadia信號(hào)通路,在表皮生長(zhǎng)因子(epidermalgrowthfactor,EGF)信號(hào)通路中也發(fā)揮著重要的作用.b不僅僅可以調(diào)控TGF-

10、Mizutani等研究發(fā)現(xiàn),Arkadia可以與AP2復(fù)合體u2亞基的C-末端相結(jié)合,促進(jìn)u2亞基的泛素化，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體(epidermalgrowthfactorreceptor,EGFR)的介導(dǎo)的內(nèi)吞作用.因此,Arkadia可以通過(guò)調(diào)節(jié)EGFR的內(nèi)吞作用來(lái)發(fā)揮調(diào)控EGF信號(hào)通路的作用.4 Arkadia在疾病發(fā)生發(fā)展中的作用Arkadia與纖維化Arkadia信號(hào)通路相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用.b/Smads信號(hào)通路,故Arkadia在與TGF-b能有效地增強(qiáng)TGF-是纖維化發(fā)生過(guò)程中的關(guān)鍵因子，因此，Arkadia可能會(huì)參與纖維化發(fā)生發(fā)展的過(guò)程.Liu等的

11、研究指出,bTGF-刺激之后,Arkadia的mRNA表達(dá)水平明顯升高,而且用小干擾RNA干擾掉Arkadia之后,b人的正常腎小管上皮細(xì)胞在TGF-SMA)的表達(dá)水平出現(xiàn)明顯的降低，a-smoothmuscleactin,a-平滑肌肌動(dòng)蛋白(a腎臟因此Arkadia在腎小管上皮細(xì)胞問(wèn)質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中有著非常重要的作用；他們的另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)：在腎小管間質(zhì)纖維彳t的大鼠模型中，Smad7的mRNA水平升高，但蛋白水平卻降低,他們認(rèn)為Arkadia可以通過(guò)降解Smad7促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化；Gai等的研究也進(jìn)一步證實(shí)了Arkadia可以促進(jìn)間質(zhì)上皮轉(zhuǎn)化這一觀點(diǎn).Arkadia與腫瘤Arka

12、dia與消化系腫瘤:Arkadia在消化系腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用.Sharma等研究發(fā)現(xiàn)Arkadia在鼠的結(jié)腸上皮細(xì)胞中表達(dá)量較高,且在Arkadia缺失的小鼠患結(jié)直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于野生型小鼠；因此Arkadia作為一種腫瘤抑制因子可以有效的抑制結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展.同時(shí)，信號(hào)通路而實(shí)現(xiàn)的.此外,b他們認(rèn)為Arkadia這一抑制結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的作用主要是通過(guò)募集SnoN分子抑制TGF-在20種人類腫瘤細(xì)胞中也檢測(cè)到Arkadia的泛素化表達(dá)，因此認(rèn)為Arkadia或許參與彌漫性霓癌的發(fā)展過(guò)程.Arkadia與肺部腫瘤:體外研究56發(fā)現(xiàn),Arkadia在肺腫瘤細(xì)胞NCI-H46

13、0中穩(wěn)定表達(dá),且可明顯地抑制該細(xì)胞的生長(zhǎng)；但在體外實(shí)驗(yàn)中,Arkadia卻不能抑制小鼠肺部腫瘤的發(fā)展.另有研究報(bào)道Arkadia可以加速乳腺癌及肺癌鼠的腫瘤轉(zhuǎn)移，其主要機(jī)制是因?yàn)锳rkadia可以降解c-Ski,從而發(fā)揮促進(jìn)問(wèn)質(zhì)上皮轉(zhuǎn)移的作用；Briones-Orta等利用3種不同的腫瘤細(xì)胞進(jìn)行了研究,研究發(fā)現(xiàn)Arkadia被干擾之后,腫瘤細(xì)胞在肺內(nèi)的定植明顯受到抑制，他們得出這樣的結(jié)論:Arkadia雖不能調(diào)控腫瘤的生長(zhǎng)，但在腫瘤細(xì)胞的定植及早期轉(zhuǎn)移過(guò)程中卻有著舉足輕重的作用.Arkadia與氣管重塑哮喘是一種氣道慢性炎性疾病，反復(fù)發(fā)作的炎癥反應(yīng)致使氣管重塑，作為一種致纖維化因子力主要表現(xiàn)為上皮下纖維化形成、肌細(xì)胞增生、上皮損傷、杯狀細(xì)胞化生、水腫及新生血管增加.TGF-信號(hào)通路的調(diào)控因子，在氣管重塑過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用.b而Arkadia作為T(mén)GF-信號(hào)通路，進(jìn)而促進(jìn)氣管重塑.bLi等發(fā)現(xiàn)Arkadia通過(guò)降低Smad7、noN/Ski蛋白表達(dá)可以顯著增強(qiáng)TGF-他們的研究結(jié)果預(yù)示著Arkadia或許可以作為氣管重塑治療的新的切入點(diǎn)，但是具體的機(jī)制還有待于更深入的研究.5結(jié)論信號(hào)通路的作用;b信號(hào)通路轉(zhuǎn)錄活性，繼而放大TGF-bArkadia具有增強(qiáng)TGF-還可以通過(guò)降