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Paip1在翻譯過(guò)程中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展

2016-02-01 23:44:56吳水梅劉茂生李琳琳李騰政張吉翔
中國(guó)老年學(xué)雜志 2016年8期
關(guān)鍵詞:復(fù)合體磷酸化抑制劑

吳水梅 劉茂生 鄭 燕 李琳琳 李騰政 張吉翔

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院消化內(nèi)科,江西 南昌 330006)

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·綜述·

Paip1在翻譯過(guò)程中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展

吳水梅劉茂生鄭燕李琳琳李騰政張吉翔

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院消化內(nèi)科,江西南昌330006)

〔關(guān)鍵詞〕多聚腺苷酸結(jié)合相互作用蛋白1;多聚腺苷酸結(jié)合蛋白;真核生物翻譯起始因子

多聚腺苷酸結(jié)合相互作用蛋白1(Paip1)是哺乳動(dòng)物特有的蛋白質(zhì),與多聚腺苷酸結(jié)合蛋白(PABP)及真核生物翻譯起始因子4A(eIF4A)相互作用,參與了翻譯起始及蛋白質(zhì)的生物合成,然而Paip1調(diào)節(jié)翻譯的具體機(jī)制還不是很清楚,我們將目前PAiP1相關(guān)的研究進(jìn)展做如下歸納。

1Paip 1

Paip1基因位于5號(hào)染色體短臂1區(qū)2帶(5p12),這個(gè)基因編碼的Paip1蛋白與PABP蛋白及eIF4A相互作用,參與了翻譯起始及蛋白質(zhì)的生物合成,Martineau等〔1〕研究表明Paip1基因轉(zhuǎn)錄的mRNA會(huì)發(fā)生選擇性剪切并且最終編碼出Paip1蛋白質(zhì)的三種不同亞型(p65、p51和p45)。

Paip1與PABP的結(jié)合是由于Paip1結(jié)構(gòu)中存在兩個(gè)不同的PABP結(jié)合序列(PAMs),PAM1大約由25個(gè)氨基酸構(gòu)成,結(jié)合至PABP N端的RNA識(shí)別基序2(RRMs);PAM2大概有15個(gè)氨基酸構(gòu)成,結(jié)合至PABP的C-末端處(PABC)。另一方面,免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)證明了Paip1與eIF4A 和eIF3之間有相互作用〔1〕,這與之前Craig等〔2〕的研究結(jié)果一致,說(shuō)明Paip1和eIF4G存在相似結(jié)構(gòu),即已被證實(shí)的一種eIF4A 結(jié)合閾和eIF3結(jié)合位點(diǎn)〔3,4〕,而PABP、eIF4A、eIF3在蛋白質(zhì)翻譯起始過(guò)程中都起著非常重要的作用,Paip1與這三者又有著密切關(guān)系,可以推斷出Paip1對(duì)翻譯起始過(guò)程的調(diào)控也不可或缺。

2Paip1在蛋白質(zhì)翻譯起始中的作用

翻譯起始是控制翻譯極為重要的過(guò)程,需要將核糖體招募至mRNA,它們穿過(guò)5'非翻譯區(qū),識(shí)別翻譯密碼。eIFs調(diào)節(jié)核糖體的招募,所有的真核生物mRNA的5'端均有帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppN,其中N代表任意一種核苷酸,m代表甲基化群),大多數(shù)有3'poly(A)尾端。5'端帽子結(jié)構(gòu)和3'poly(A)尾端協(xié)同加強(qiáng)翻譯〔5〕。5'端帽子上結(jié)合eIF4G復(fù)合體包括真核生物翻譯起始因子eIF4E、eIF4A和eIF4G,eIF4E直接與帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合,eIF4A是RNA解旋酶,eIF4G是與eIF4E、eIF4A、eIF3、PABP結(jié)合的腳手架蛋白。哺乳動(dòng)物體內(nèi)最大的翻譯起始因子eIF3是由13個(gè)不同的亞基組成,從eIF3a 到eIF3m,分子量在170 ~25 kD不等〔6〕,eIF3與eIF4G的結(jié)合促進(jìn)43S前起始復(fù)合物(PIC)招募至mRNA〔7〕??梢钥闯?,eIF3是mRNA-eIF4F復(fù)合體與核糖體結(jié)合之間的橋梁,而PABP的N端與3'poly(A)尾端和eIF4G結(jié)合,使mRNA形成一個(gè)閉合的環(huán)形結(jié)構(gòu),這個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)促進(jìn)了翻譯起始以及核糖體的招募〔8〕。

Paip1結(jié)合PABP保持刺激翻譯是因?yàn)樗ceIF4A親和力增加了,從而促進(jìn)5'UTR二級(jí)結(jié)構(gòu)展開(kāi),然而,Martineau等〔1〕證實(shí)Paip1與eIF3之間的相互作用以及這種作用對(duì)Paip1促進(jìn)翻譯起始是非常重要的,免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)表明PABP同時(shí)與eIF4G和Paip1相互作用,eIF3同時(shí)與Paip1和eIF4G相互作用,這些結(jié)果說(shuō)明在體外Paip1-PABP-eIF4G和Paip1-eIF3-eIF4G都能形成三元復(fù)合體〔1〕,促進(jìn)mRNA的環(huán)化以及eIF3對(duì)翻譯的作用從而促進(jìn)翻譯起始過(guò)程。

Paip1蛋白有三個(gè)亞型p65、p51和p45,與正常對(duì)照組相比,p65亞型使翻譯加強(qiáng)了3.5倍左右〔3〕,p51也是如此〔2〕;令人驚訝的是p45亞型使翻譯加強(qiáng)了7倍左右〔2〕。說(shuō)明Paip1蛋白中的p45亞型是一個(gè)更具有潛能的翻譯增強(qiáng)子,可能是由于p45亞型N端富有eIF3結(jié)合位點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)研究表明,用相應(yīng)的干擾RNA(siRNA)分別敲減PABP、eIF3A、eIF3B、eIF3E和eIF3G這些基因時(shí),雖然Paip1 mRNA水平以及p45蛋白的表達(dá)量并沒(méi)有受影響,但Paip1的翻譯促進(jìn)作用是降低的〔1〕,說(shuō)明Paip1只有與eIF3和PABP同時(shí)結(jié)合才能發(fā)揮全效。

3Paip1互作蛋白的研究

3.1Paip1與eIF3的結(jié)合受雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、Akt和MEK信號(hào)通路的調(diào)節(jié)前期研究證實(shí)Paip1、PABP及eIF3的結(jié)合進(jìn)一步促進(jìn)了翻譯過(guò)程〔1〕,而這種結(jié)合受到了哺乳動(dòng)物mTOR復(fù)合體1 mTORC1信號(hào)通路的調(diào)控〔9〕。mTORC1通過(guò)影響2個(gè)靶目標(biāo)的磷酸化控制翻譯的起始,分別是4E結(jié)合蛋白(4E-BPs)和核糖體蛋白S6激酶(S6Ks)〔10〕。4E-BPs的磷酸化導(dǎo)致它與帽子結(jié)合蛋白——eIF4E解離,有利于eIF4A、eIF4G與eIF4E結(jié)合,形成 eIF4F復(fù)合體(eIF4G/A/E)〔10〕。mTORC1另一個(gè)重要的靶目標(biāo)是S6Ks:包括S6K1、S6K2。S6Ks 磷酸化核糖體蛋白S6(RPS6)的蘇氨酸235/236和240/244,但是S6磷酸化的基因敲除基本上影響了這個(gè)翻譯過(guò)程〔11,12〕,說(shuō)明S6Ks通過(guò)調(diào)節(jié)許多靶目標(biāo)的磷酸化調(diào)節(jié)翻譯的過(guò)程,如S6Ks磷酸化程序性細(xì)胞死亡的蛋白質(zhì)4(PDCD4)進(jìn)而調(diào)節(jié)eIF4A的活性〔12〕,從而影響真核生物翻譯起始過(guò)程。

Martineau等〔9〕研究表明,mTORC1信號(hào)通路抑制劑rapamycin(雷帕霉素,一種mTOR抑制劑)和PP242(也是一種mTOR抑制劑)影響了Paip1-eIF3 的結(jié)合,而核糖體蛋白S6激酶1和2(S6K1/2)促進(jìn)了eIF3與Paip1的結(jié)合,而體外實(shí)驗(yàn)研究也表明S6K1與eIF3f結(jié)合促使eIF3磷酸化。推測(cè)S6K1/2 磷酸化eIF3從而促進(jìn)了eIF3與Paip1的結(jié)合進(jìn)而促進(jìn)翻譯的起始。先前也有報(bào)導(dǎo)Paip1-eIF3之間的相互作用,Paip1直接與eIF3g/p44亞單位結(jié)合〔11〕,但是eIF3g在蘇氨酸41和絲氨酸42位點(diǎn)的磷酸化不受氨基酸的控制。eIF3亞基的磷酸化會(huì)影響eIF3復(fù)合物的全局構(gòu)象或表面改變。eIF3體外重組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,八聚體的eIF3子復(fù)合體由亞基A,C,E,F(xiàn),H,K,L,和高穩(wěn)定的M組成〔13〕,而其中的eIF3F可能作為停泊位點(diǎn),便于S6K磷酸化其他的eIF3亞基,因此,S6K可能通過(guò)磷酸化調(diào)節(jié)eIF3亞基復(fù)合體的組裝從而影響Paip1與eIF3的結(jié)合〔9〕。

Paip1與eIF3的結(jié)合除了受哺乳動(dòng)物mTOR信號(hào)通路影響外,還受磷脂酰肌醇3-激酶/絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶(PI3K/Akt)和絲裂原細(xì)胞外激酶MEK信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。Derry等〔14〕研究發(fā)現(xiàn),含血清、胰島素或者EGF的培養(yǎng)基會(huì)使eIF3-Paip1結(jié)合增加,反過(guò)來(lái)rapamycin(一種mTOR抑制劑)、wortmannin(一種PI3K/Akt的抑制劑)或者U0126 (一種MEK1/2抑制劑)使eIF3-Paip1結(jié)合降低。此外,體外依賴(lài)Paip1的翻譯加強(qiáng)作用會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)染eIF3a siRNA而消除〔14〕。這些數(shù)據(jù)表明,eIF3-Paip1之間的相互作用調(diào)控Paip1的活性,加強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)的翻譯過(guò)程,并且eIF3-Paip1之間的相互作用受mTOR、PI3K/Akt和MEK信號(hào)通路的調(diào)節(jié),但具體的調(diào)節(jié)機(jī)制還不是很清楚,有待研究。

3.2Paip1的泛素化及降解受E6AP的羧基末端(HECT)型泛素連接酶WW結(jié)構(gòu)域蛋白2(WWP2)調(diào)節(jié)WWP2也被稱(chēng)為Atrophin 1-相互作用蛋白2(AIP2),WWP2是HECT域型泛素蛋白連接酶的同源物,有研究已經(jīng)證明了WWP2針對(duì)不同的底物參與了轉(zhuǎn)錄調(diào)控、胚胎干細(xì)胞的形成、細(xì)胞運(yùn)輸、T細(xì)胞的活化過(guò)程和腫瘤的發(fā)生〔15〕。Lv等〔16〕研究發(fā)現(xiàn)MG132(蛋白酶體抑制劑)處理HEK293T和HeLa細(xì)胞后,內(nèi)源性Paip1蛋白水平顯著提高,這表明Paip1蛋白降解依賴(lài)于泛素蛋白酶體系統(tǒng)。序列分析表明Paip1由三個(gè)假定的PXXY型的PY模體組成,三個(gè)模體都能被泛素連接酶的Nedd4蛋白家族識(shí)別。Nedd4連接酶由九個(gè)成員構(gòu)成,其中只有WWP2明確下調(diào)Paip1蛋白水平,推測(cè)WWP2作為泛素連接酶降解Paip1蛋白。此外,WWP2蛋白包括三個(gè)結(jié)構(gòu)閾,分別為C2,WW,和HECT,GST下拉實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明WW結(jié)構(gòu)域影響了WWP2和Paip1之間的直接作用,而C2、HECT結(jié)構(gòu)域并沒(méi)有這種調(diào)節(jié)作用〔16〕。

4Paip1與疾病的關(guān)系及研究進(jìn)展

4.1Paip1與肌萎縮側(cè)索硬化的關(guān)系肌萎縮性側(cè)索硬化(ALS)的致病原因尚未闡明,先前研究表明家族性肌萎縮側(cè)索硬化(FALS)是在銅/鋅超氧化物歧化酶基因(SOD1)中l(wèi)eu126deltt基因突變導(dǎo)致的〔17〕,F(xiàn)ukada等〔18〕已經(jīng)培育出攜帶相同突變(SOD1L126delTT TgM)的轉(zhuǎn)基因小鼠(TGM),它們表現(xiàn)出明顯的ALS運(yùn)動(dòng)癥狀和病理表現(xiàn)。在這項(xiàng)研究中,通過(guò)基因芯片分析了SOD1L126delTT TgM的脊髓中基因表達(dá),在出現(xiàn)相應(yīng)癥狀后的TGM中有54個(gè)基因上調(diào)和4個(gè)基因下調(diào),對(duì)54個(gè)上調(diào)基因中的10個(gè)進(jìn)行PCR分析,PCR的結(jié)果與基因芯片取得的結(jié)果一致,μ晶狀體蛋白(CRYM)、熱休克蛋白1(HSPB1/HSP27)、絲氨酸蛋白酶抑制劑的分支成員3N(SERPINA3n)、補(bǔ)體成分1q子β多肽(C1QB)、組織蛋白酶H(CTSH)和多聚腺苷酸結(jié)合相互作用蛋白1蛋白(Paip1)均上調(diào)。免疫組化分析,在出現(xiàn)相應(yīng)癥狀后的TGM的脊髓腹角星形膠質(zhì)細(xì)胞中的HSBP1/HSP27、CTSH、CRYM表達(dá)水平均增加,在小膠質(zhì)細(xì)胞中Paip1和CTSH表達(dá)水平也增加,而對(duì)照組小鼠卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這些基因的表達(dá)增加〔18〕。HSBP1/HSP27、CTSH、CRYM和Paip1這四個(gè)基因可能與FALS的發(fā)病機(jī)制有關(guān),尤其是與星形膠質(zhì)細(xì)胞的進(jìn)展和小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)有關(guān),但是這些基因的對(duì)FALS具體的調(diào)節(jié)機(jī)制還不清楚,有待進(jìn)一步的研究以便尋找出治療FALS新的突破口。

4.2Paip1與宮頸癌的關(guān)系單核苷酸序列分析(SNP)和熒光原位雜交(FISH)分析顯示在63%侵襲性宮頸癌中5號(hào)染色體短臂(5p)拷貝數(shù)增加,這種改變產(chǎn)生在宮頸癌癌前病變階段。Scotto等〔19〕整合5號(hào)染色體基因組拷貝數(shù)和基因表達(dá)數(shù)據(jù)識(shí)別5p增加后過(guò)表達(dá)的基因,其中就包括Paip1,此外識(shí)別出的5p基因在DNA修復(fù)、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)(BASP1、TARS、Paip1、BRD9、RAD1、SKP2和POLS)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和線粒體氧化磷酸化(NNT、SDHA和 NDUFS6)等方面發(fā)揮作用,提示這些基因參與的通路的中斷可能有助于宮頸癌的發(fā)展。說(shuō)明Paip1過(guò)表達(dá)促進(jìn)宮頸癌的發(fā)展。

5展望

Paip1是哺乳動(dòng)物特有的蛋白質(zhì),在酵母和植物中沒(méi)有這種蛋白,近年來(lái)受到的關(guān)注也越來(lái)越多。它在高等動(dòng)物蛋白質(zhì)的翻譯過(guò)程起著至關(guān)重要的作用,通過(guò)與PABP結(jié)合穩(wěn)定mRNA的環(huán)形結(jié)構(gòu)〔8〕,與eIF3、eIF4G形成三元復(fù)合體〔1〕等方式促進(jìn)翻譯起始過(guò)程,當(dāng)然,Paip1與eIF3的結(jié)合受到多條信號(hào)通路的調(diào)節(jié),包括mTOR、Akt和MEK信號(hào)通路〔14〕,具體的調(diào)節(jié)機(jī)制還不是很清楚,有待進(jìn)一步的研究。而最新的一項(xiàng)令人興奮的研究發(fā)現(xiàn)Paip1的降解主要受WWP2的調(diào)節(jié)〔16〕,這就意味著我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)WWP2的量而影響Paip1細(xì)胞的水平,從而調(diào)控翻譯過(guò)程,最終對(duì)一些與Paip1相關(guān)的疾病起到一定的治療作用。比如在宮頸癌的發(fā)展過(guò)程中Paip1的表達(dá)增加〔19〕,但它主要是通過(guò)哪些信號(hào)通路影響宮頸癌的發(fā)生發(fā)展,是否與mTOR、Akt和MEK信號(hào)通路的調(diào)節(jié)有關(guān),能否成為治療宮頸癌的新靶點(diǎn);Paip1對(duì)其他腫瘤的發(fā)生發(fā)展有沒(méi)有影響;在肌萎縮側(cè)索硬化中Paip1又扮演著什么重要角色,是否能成為治療肌萎縮側(cè)索硬化的新靶點(diǎn),等等。以上問(wèn)題可能成為今后Paip1相關(guān)的臨床研究熱點(diǎn),但仍需要開(kāi)展更多相關(guān)的研究。

6參考文獻(xiàn)

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〔2015-09-23修回〕

(編輯袁左鳴)

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕R2

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A

〔文章編號(hào)〕1005-9202(2016)08-2009-03;

doi:10.3969/j.issn.1005-9202.2016.08.107

通訊作者:張吉翔(1950-),男,教授,主要從事消化系統(tǒng)方面的研究。

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.81360074)

第一作者:吳水梅(1989-),女,碩士,主要從事消化系統(tǒng)方面的研究。

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