AP-1 and MAPK

1、激活子蛋白-1（activator protein 1, AP-1）由c-jun蛋白和c-fos蛋白家族成員組成,是細(xì)胞內(nèi)歸屬于bZIP類DNA結(jié)合蛋白的一種重要的轉(zhuǎn)錄因子。c-jun蛋白家族和c-fos蛋白家族成員之間相互作用而形成多種形式的同源二聚體或異源二聚體AP- 1，存在于多種細(xì)胞中,可被激素、生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、神經(jīng)介質(zhì)、熱休克、電休克、紫外線、氧應(yīng)激、以及過(guò)表達(dá)的癌基因等多種刺激所誘導(dǎo)?；罨腁P-1能調(diào)控許多因子如IL-1、TNF-、IL-6、IL-8、MIP-1、MCP-1、ICAM-1、VCAM-1和Pascel等基因的表達(dá)，被譽(yù)為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)的第三信使,啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的分

2、子開關(guān),在細(xì)胞增殖，分化，凋亡，胚胎發(fā)育，炎癥及其它病理過(guò)程中起著重要作用。另?yè)?jù)報(bào)道，學(xué)習(xí)、記憶及神經(jīng)發(fā)育等均與AP-1蛋白表達(dá)有關(guān)。一、AP-1的組成AP-1由c-jun蛋白（5.5kD）家族和c-fos蛋白(3.9kD)家族成員組成, c-jun蛋白家族成員含c-jun、jun B和junD, c-fos蛋白家族成員包括c-fos、fos B、foral和fraz。fos和jun兩種蛋白家族成員的氨基酸序列中均存在著若干個(gè)周期性的亮氨酸并具有螺旋結(jié)構(gòu),因而彼此之間可通過(guò)LZ形式，以1:1的比例構(gòu)成同源二聚體或異源二聚體復(fù)合物。其中，jun蛋白家族可形成同源二聚體或異源二聚體，而fos蛋白家

3、族間不能形成同源二聚體，但能與jun蛋白家族形成穩(wěn)定的異源二聚體，且較jun蛋白家族形成的同源二聚體具有更高的DNA結(jié)合活性。因此，在大多數(shù)細(xì)胞中AP-1的主要形式為c-fos/c-jun異源二聚體。AP-1可作用于靶基因啟動(dòng)子上的AP-1結(jié)合位點(diǎn),即佛波酯(12-tetra-decanoyl-phorbol-13-acetate, TPA)反應(yīng)組件(其序列是5-TGACTCA- 3)，調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄。此外，jun與fos家族成員還能與其它的轉(zhuǎn)錄因子家族如CREB/ATF, NFAT, ETS, NF-B及細(xì)胞核激素受體結(jié)合而發(fā)揮作用。值得指出，不同的AP-1二聚體的活性呈現(xiàn)差異，例如fos

4、/junD二聚體與靶基因啟動(dòng)子上AP-1結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)合力明顯高于fos/junB二聚體,這可能影響靶基因的轉(zhuǎn)錄速率，導(dǎo)致不同的生物學(xué)效應(yīng)。二、AP-1的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)AP-1的活性除了經(jīng)MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的磷酸化調(diào)控外,其它一些蛋白激酶如PKC和蛋白酪氨酸激酶亦可以調(diào)節(jié)活化AP-1。（一）c-fos的激活c-fos基因啟動(dòng)子區(qū)主要由3個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)控組件-cAMP反應(yīng)組件(cAMP response element, CRE)、血清反應(yīng)組件(serum response element, SRE)及sis誘導(dǎo)組件(sis inducible element, SIE)所組成。因此，c-fos-CRE,

5、c-fos-SRE及c-fos -SIE的活性變化直接與c-fos基因的表達(dá)有關(guān)，從而影響AP-1的激活。c-fos-CRE與CRE結(jié)合蛋白(CREB)及部分相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。蛋白激酶能磷酸化CREB的133位絲氨酸,導(dǎo)致CREB的活化?；罨腃REB與其結(jié)合蛋白CBP結(jié)合,后者可能介導(dǎo)CREB與基本轉(zhuǎn)錄組件的作用。鈣調(diào)素依賴蛋白激酶(CaMK-4)可使CREB的133位絲氨酸磷酸化而活化;而CaMK-2可同時(shí)磷酸化CREB的133位絲氨酸和另一位點(diǎn)的絲氨酸,從而阻滯CREB的活化。在生長(zhǎng)因子刺激下, Ras依賴蛋白可以對(duì)CREB進(jìn)行磷酸化。c-fos-SRE與血清反應(yīng)因子(serum re

6、sponse factor,SRF)和募集三元復(fù)合物因子(ternary complex factor, TCF)結(jié)合形成三元復(fù)合物。TCF蛋白屬于DNA結(jié)合蛋白的ETS區(qū)域家族,后者由Elk-1、SAP1和SAP2 /NET/ERP等組成。因此，至少存在SRE/SRF/Elk-1和SRE/SRF/SAP1等三元復(fù)合物形式。Elk-1羧基端的數(shù)個(gè)氨基酸位點(diǎn)可以分別被ERK、JNK及P38 MAPK磷酸化而活化，SAP1亦可以被ERK與P38蛋白激酶磷酸化而活化，由此促進(jìn)SRE/SRF/Elk-1和SRE/SRF/SAP1三元復(fù)合物的形成，從而提高c-fos基因的轉(zhuǎn)錄，最終活化AP-1(圖6-5

7、)。c-fos-SIE可與轉(zhuǎn)錄因子STAT1和STAT3的復(fù)合物結(jié)合。研究表明,集落刺激因子-1（CSF-1）與血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)可以激活Ras,Ras依賴的信號(hào)通路直接參與c-fos啟動(dòng)子中STAT的活化，故而促進(jìn)c-fos基因的轉(zhuǎn)錄；ERK蛋白激酶可使轉(zhuǎn)錄因子STAT1和STAT3的絲氨酸發(fā)生磷酸化,提高STAT1和STAT3功能活性；在TPA、生長(zhǎng)因子、CSF1、PDGF等的刺激下,c-fos SIE與SRE協(xié)同作用可誘導(dǎo)c-fos基因的表達(dá)，促進(jìn)AP1活化。此外，c-fos調(diào)節(jié)激酶(FRK)通過(guò)依賴于Ras途徑的刺激(如生長(zhǎng)因子)被激活，然后經(jīng)磷酸化活化c-fos。（二）c

8、-jun的激活c-jun啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)主要由jun1與jun2介導(dǎo),它們與c-jun和ATF2的二聚體結(jié)合。JNK蛋白激酶可以對(duì)c-jun氨基端轉(zhuǎn)錄活化域的兩個(gè)氨基酸位點(diǎn)Ser63與Ser73進(jìn)行磷酸化,該作用與CBP的募集反應(yīng)有關(guān)。CBP通過(guò)磷酸化反應(yīng)與c-jun氨基末端的激活域結(jié)合,并將c-jun的磷酸化激活域與基本轉(zhuǎn)錄組件(basal transcription element or machinery)連接起來(lái),從而提高它們的轉(zhuǎn)錄能力;而38蛋白激酶對(duì)c-jun無(wú)活化作用。另有結(jié)果顯示，細(xì)胞內(nèi)cAMP、PKC及甘油二酯等均可作用于c-fos、c-jun基因的不同序列,如血清反應(yīng)序列、

9、cAMP反應(yīng)區(qū)或鈣反應(yīng)區(qū),加速它們的轉(zhuǎn)錄,從而活化AP-1。其中，PKC的活化依賴于Ca2+和磷脂代謝中間產(chǎn)物二酰基甘油(DAG)的存在,從胞漿中移位到胞膜上而激活,這在跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用。（三）AP-1的生物學(xué)功能在應(yīng)激因素如缺血、缺氧、高張力、炎性因子（TNF-、IL-1）等刺激下,通過(guò)MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的磷酸化和其它一些蛋白激酶如PKC和酪氨酸激酶的作用，使c-fos和c-jun激活,AP-1活化。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，活化的AP-1可與IL-1、IL-6、IL-8、TNF-、MIP-1、MCP-1、ICAM-1、VCAM-1和iNOS等基因的啟動(dòng)子上AP-1位點(diǎn)結(jié)合，調(diào)節(jié)它們的表達(dá)，從而參與了應(yīng)激、炎癥、休克、心肌肥大、心力衰竭等多種病理過(guò)程。已發(fā)現(xiàn)，AP-1的組成組件c-jun基因缺陷可導(dǎo)致小鼠在胚胎發(fā)育中、晚期死亡。當(dāng)AP-1的組成組件c-fos基因缺陷時(shí)，小鼠骨骼和造血系統(tǒng)出現(xiàn)明顯異常,但如果c-fos基因過(guò)度表達(dá)，則導(dǎo)致小鼠骨肉瘤和軟骨肉瘤的發(fā)生。事實(shí)上，定位于細(xì)胞核的轉(zhuǎn)錄因子AP-