現(xiàn)代科技綜述知識文庫：成熟促進(jìn)因子MPF

1、現(xiàn)代科技綜述系列成熟促進(jìn)因子MPF科技是人類區(qū)別于動物的重要文明之一，是人類對自然規(guī)律研究和利用的學(xué)科。本文提供對科技基本概念“成熟促進(jìn)因子MPF”的解讀，以供大家了解。成熟促進(jìn)因子MPF脊椎動物的胚胎發(fā)育開始于成熟雌雄配子的結(jié)合。在大多數(shù)脊椎動物里，卵母細(xì)胞在卵巢內(nèi)生長，發(fā)育至一定階段后便停止于減數(shù)分裂前期，它們不能受精；卵母細(xì)胞必須經(jīng)過成熟階段，即完成其第1次減數(shù)分裂發(fā)育成為成熟的卵子后才能與精子結(jié)合，完成受精過程。所謂卵母細(xì)胞的成熟過程是指在適當(dāng)?shù)男约に卮碳は率孤涯讣?xì)胞恢復(fù)減數(shù)分裂，包括卵母細(xì)胞核(胚泡)破裂(簡稱GVBD)，染色體濃縮，第1次減數(shù)紡垂體的形成，并排出第一極體。一般來說G

2、VBD可作為卵母細(xì)胞成熟的第一標(biāo)志。在對兩棲類卵母細(xì)胞成熟的研究中，格爾登(Gurdon 1967)發(fā)現(xiàn)用促性腺素處理帶有濾泡膜的卵母細(xì)胞能引起GVBD，但把促性腺素注射進(jìn)卵母細(xì)胞內(nèi)，則不引起GVBD，因而提出促性腺素的作用是間接的。Masui和Markert(1971)也證明激素對胚泡(GV)的間接作用。他們證明：將豹蛙的卵母細(xì)胞在GVBD階段前先用孕酮處理，再把這種卵母細(xì)胞質(zhì)注射進(jìn)未經(jīng)處理的受體卵母細(xì)胞內(nèi)，能誘導(dǎo)后者發(fā)生GVBD。他們也發(fā)現(xiàn)除去卵母細(xì)胞的核(GV)后，用孕酮處理卵母細(xì)胞也同樣出現(xiàn)能誘導(dǎo)發(fā)生GVBD的細(xì)胞質(zhì)活性，顯然，孕酮處理后卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)能誘導(dǎo)發(fā)生GVBD的能力與胚泡的

3、存在無關(guān)。此外接受孕酮處理過的卵母細(xì)胞質(zhì)的卵母細(xì)胞，除了能引起GVBD外，還使卵母細(xì)胞經(jīng)歷了進(jìn)一步的成熟變化，包括卵母細(xì)胞表面收縮，核染色體濃縮到中期階段以及極體形成。由引可見，由于成熟誘導(dǎo)物刺激卵母細(xì)胞表面而在卵細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)了負(fù)責(zé)促進(jìn)成熟的細(xì)胞質(zhì)因子；Masui和Markert(1971)為這種細(xì)胞質(zhì)因子定名為：“促成熟因子(MPF)”。獨立于這種與胚泡本身無關(guān)的促成熟因子的存在表明它是一種細(xì)胞質(zhì)活性產(chǎn)物。MPF有如下作用：Reynhout和Smith(1974)適當(dāng)劑量的將一種兩棲類處于成熟過程中的卵母細(xì)胞質(zhì)用顯微注射的方法注入另一種兩棲類的卵母細(xì)胞中能引起后者成熟。這證明卵母細(xì)胞中的MPF

4、并無種類特異性。Kishmoto和Kanatani(1977)也證明：將1甲基腺嘌呤(1MA)處理不同種海星的卵母細(xì)胞后將它們的細(xì)胞質(zhì)在物種間轉(zhuǎn)移，能使受體卵母細(xì)胞感應(yīng)成熟。用成熟誘導(dǎo)物，而不是甾族激素引起的成熟卵母細(xì)胞質(zhì)內(nèi)能發(fā)現(xiàn)MPF。用汞制劑(Brachet 1975)，離子交換劑A23187(Wasserman和Masui 1975)，纈氨霉素(Baltus 1977)和La離子(Schorderet，Slotrine等1976)處理爪蟾的卵母細(xì)胞后也在其細(xì)胞質(zhì)內(nèi)檢測出了MPF。這些結(jié)果說明：MPF不是卵母細(xì)胞上的受體分子和甾族激素之間的反應(yīng)產(chǎn)物。處于卵子發(fā)生早期各階段的卵母細(xì)胞不能對成

5、熟誘導(dǎo)物發(fā)生反應(yīng)，而MPF對這種早期卵母細(xì)胞的影響已由HanocqQnertier(1976)用爪蟾得到證明，他們發(fā)現(xiàn)從成熟中卵母細(xì)胞得到的MPF能引起誘導(dǎo)早期卵母細(xì)胞的GVBD及染色體濃縮，雖然因其紡垂體不能形成而不發(fā)生減數(shù)分裂。處于成熟過程中的卵母細(xì)胞質(zhì)對小的，不成熟的卵母細(xì)胞的相似影響已由Batakier(1978)用小鼠證明。他把處于成熟過程中的卵母細(xì)胞質(zhì)與小卵母細(xì)胞用滅活的仙臺病毒進(jìn)行融合，觀察到后者的GVBD和染色體濃縮到中期相。這些結(jié)果清楚地說明MPF是一種普遍存在的，能促使細(xì)胞核發(fā)生減數(shù)變化的細(xì)胞質(zhì)因子。利用注射成熟卵母細(xì)胞質(zhì)誘導(dǎo)成熟的卵母細(xì)胞里發(fā)現(xiàn)MPF在擴(kuò)增。為了檢測受體卵

6、母細(xì)胞內(nèi)MPF活性感應(yīng)擴(kuò)增的機理，Masui和Markert(1971)在豹蛙卵母細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行了一系列的胞質(zhì)轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移細(xì)胞質(zhì)的量為60nl，約為卵母細(xì)胞體積的3%。先將孕酮處理過的卵母細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到未經(jīng)處理的受體卵母細(xì)胞內(nèi)，然后從第一受體再轉(zhuǎn)移到第二受體從第二受體到第三受體，每隔24h轉(zhuǎn)移1次。盡管最初經(jīng)孕酮處理過的供體的細(xì)胞質(zhì)經(jīng)一系列轉(zhuǎn)移后明顯地被稀釋了，但在每次轉(zhuǎn)移后，在受體內(nèi)轉(zhuǎn)移的細(xì)胞質(zhì)，幾乎仍以相似的頻率(75%90%)，誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟。因此，在轉(zhuǎn)移細(xì)胞質(zhì)后的24h內(nèi)，被轉(zhuǎn)移的細(xì)胞質(zhì)顯示了能刺激受體卵母細(xì)胞內(nèi)MPF的增加，把它的活性增加到相當(dāng)于供體的水平。根據(jù)觀察推斷這是由于MPF的自動

7、催化擴(kuò)增作用所致。從兩棲類卵母細(xì)胞中提取MPF是相當(dāng)困難的。因為MPF活性極不穩(wěn)定，如果勻漿，它就會失活。在離心提取時發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加EGTA到提取液中去，則其活性就變得相對穩(wěn)定，另外為了保持它的活性必需有Mg+存在；Ca+濃度低到10一5M時，MPF就迅速鈍化了。MPF活性與4，13及30S的大分子有關(guān)，對熱不穩(wěn)定，對蛋白酶敏感。由含NaF或鉬酸銨的甘油磷酸緩沖液的蔗糖溶液組成的提取液對穩(wěn)定MPF的活性是最基本的，ATP可以增強MPF的磷酸化作用。Drury(1978)的膠體過濾實驗已指出MPF具有0610106u分子量的大分子。1988年Lohka等人才從蛙卵中提純了MPF，并發(fā)現(xiàn)MPF至少包含

8、兩種蛋白質(zhì)，一種是cdc2蛋白激酶，另一種成分則為周期素(cychin)，兩者相互結(jié)合形成的復(fù)合物即為促成熟因子(MPF)。對MPF的結(jié)構(gòu)與功能的研究導(dǎo)致了對細(xì)胞分裂機制的進(jìn)一步闡明。例如在過去對釀酒酵母和裂體酵母遺傳學(xué)的研究中，早已識別了控制細(xì)胞分裂的基因族(cdc)。遺傳學(xué)家們已分離、鑒定出一批停滯于細(xì)胞周期不同階段的突變體。盡管這兩種酵母在進(jìn)化上存在著顯著差異，但是兩者均具有同源的細(xì)胞周期調(diào)控基因，其中裂體酵母的cdc2基因和釀酒酵母的cdc28基因是高度保守的，互為同源物，均可編碼一種34kd的蛋白激酶(P34cdc228)，Gautier(1988)的研究表明爪蟾P34cdc228同

9、源物是MPF的一個組分，可與其他多肽形成復(fù)合物而使其他特異性蛋白發(fā)生磷酸化，從而產(chǎn)生子與分裂相關(guān)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的改變，幾年之內(nèi)，在多種其他生物包括蚌、蛙、海星甚至人類中也發(fā)現(xiàn)了酵母cdc2蛋白激酶的同類物，從而把曾是默默無聞的酵母遺傳學(xué)的工作推到了細(xì)胞周期研究的中心位置。哈蜊周期素A和B與P34cdc228相聯(lián)合即具有B1組蛋白激酶活性和P13結(jié)合活性，且分子構(gòu)成不相同，一種含周期素A，另一種含周期素B，兩種之間的差別在于含有周期素B的復(fù)合物的H1組蛋白激酶活性較強，這樣就易于使H1組蛋白發(fā)生磷酸化，從而使染色體濃縮甚至卷曲起來。這樣看來，爪蟾卵母細(xì)胞中與P34cdc228相關(guān)聯(lián)的P45多肽及He

10、la細(xì)胞中P62蛋白都有可能是周期素，由于周期素的不同，MPF也有可能存在著不同形式。如將酵母中的周期素(cyctin)放進(jìn)人類細(xì)胞便不會得到相同的反應(yīng)。也許周期素就是這樣一種物質(zhì)，它能使得酵母細(xì)胞區(qū)別于人類細(xì)胞。根據(jù)以上結(jié)論，Draetla(1988)等提出了細(xì)胞周期的調(diào)控模型，他認(rèn)為活性MPF是由cdc2和周期素所組成的復(fù)合物。周期素是必需成分，而且周期性地發(fā)生解除，但cdc2卻是始終存在的。周期素在中期后期的過濾階段即發(fā)生水解，從而使MPF失活，這樣細(xì)胞就回到了間期。盡管研究者們已經(jīng)確定了調(diào)控細(xì)胞周期的中心環(huán)節(jié)，但是MPF激酶的靶蛋白(底物)尚未完全被闡明。令人驚奇的是美國馬里蘭州生物中心的van de Waude(1988)觀察到mos原癌基因編碼的蛋白很可能是MPF的另一成分周期素。由此看出癌基因的致癌機理很可能是因為細(xì)胞在靜自狀態(tài)下也異常地表達(dá)出分裂時的特征。由于MPF的高度純化才使得細(xì)胞分裂