絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶4的研究進(jìn)展(1)

1、    絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶4的研究進(jìn)展(1)    】 絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶4 (PAK4)是生物學(xué)界最新發(fā)現(xiàn)的一類(lèi)蛋白因子，它在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中起很重的作用，因而，PAK4在腫瘤的發(fā)生，發(fā)展過(guò)程中是一個(gè)特殊的預(yù)警分子。本文針對(duì)PAK4的主生物學(xué)特性做一描述，以探索其在癌癥早期診斷，早期治療，抗癌抑癌等方面的作用。        【關(guān)鍵詞】 PAK4 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 腫瘤治療    

2、0;   1 PAKs家族概述        Pak(p21-activated protein kinases，Paks)絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶是Rho家族中GTP酶的重效應(yīng)物，它在細(xì)胞形態(tài)學(xué)和動(dòng)力學(xué)以及細(xì)胞轉(zhuǎn)化的調(diào)控方面起到了很重的作用。當(dāng)前，約有28種人類(lèi)STE20激酶被分為10個(gè)亞族，這種劃分是基于它們的調(diào)節(jié)區(qū)和催化區(qū)在系統(tǒng)發(fā)生及結(jié)構(gòu)上的不同而進(jìn)行的。人類(lèi)的六種Paks激酶也已被區(qū)分為兩個(gè)亞系。第一個(gè)亞系包括Pak1(Pak)、Pak2(Pak)、Pak3(Pak)，它們的催化

3、區(qū)中有80%-90%的序列同源性。近來(lái)才發(fā)現(xiàn)的第二亞系中含有Pak4、Pak5和Pak6，它們也彼此關(guān)系密切，但和第一亞系中的Pak1、Pak2和Pak3催化區(qū)序列同源性只有40%-50%。所有的Paks成員具有一個(gè)p21結(jié)合區(qū)域（PBD），它可以與Rho家族中的GTP酶結(jié)合。GTPases和PBD相互作用可使Paks的內(nèi)在激酶活性脫抑制，從而導(dǎo)致活性環(huán)的自身磷酸化和全酶的激活。        Pak1-3的脯氨酸富集區(qū)是與Pak相互作用交換子PIX/Cool SH3作用的主位點(diǎn)。除了PIX外，Paks還可以與Nc

4、k受體結(jié)合并且可以直接恢復(fù)為生長(zhǎng)因子受體。由此看來(lái)，雖然Pak4-6沒(méi)有明顯的PIX/Cool結(jié)合基序，但兩個(gè)Pak亞系在它們調(diào)節(jié)與催化區(qū)域的組成和結(jié)構(gòu)方面具有很好的一致性。Paks作為GTPases的效應(yīng)物，通過(guò)對(duì)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞構(gòu)架的調(diào)節(jié)，在細(xì)胞形態(tài)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的調(diào)控上起到了重的作用。        Paks和Rac/Cdc42相互作用，并且參與細(xì)胞粘附與遷移過(guò)程中Rac/Cdc42介導(dǎo)的肌動(dòng)蛋白的合成（Daniels and Bokoch，1999）。Pak家族中的所有六個(gè)單體具有高度保守的C端激酶區(qū)和N端Cdc4

5、2/Rac相互作用粘附區(qū)（CRIB）（Burbelo et al.，1995），又名GTP酶結(jié)合區(qū)（GBD）（Symons et al.，1996）。Pak1-3與Cdc42和Rac結(jié)合，導(dǎo)致其構(gòu)象的改變，這個(gè)過(guò)程會(huì)在較低的程度上緩解自我抑制和激活激酶的活性。與之相反，Pak4和Pak6與Cdc42高效地作用，但酶的激活并不依賴(lài)這個(gè)結(jié)合過(guò)程。Pak1-3在GBD的N末端含有一種SH3結(jié)合位點(diǎn)，它負(fù)責(zé)和接頭蛋白Nck結(jié)合。另外，在GBD與C末端激酶區(qū)域之間也有一個(gè)SH3結(jié)合位點(diǎn)，它可以調(diào)節(jié)和PIX的結(jié)合，PIX是Rac的一種假設(shè)交換因子。Pak4則沒(méi)有這種SH3結(jié)合位點(diǎn)，也不能與Nck和PIX作

6、用，但它在GBD與激酶區(qū)域間有七個(gè)假設(shè)的SH3結(jié)合位點(diǎn)。        Paks的兩個(gè)亞群均可以促使細(xì)胞中肌動(dòng)蛋白的重新形成。例如：Pak1能誘導(dǎo)片狀偽足的形成，還可以定位在成纖維細(xì)胞的膜皺褶上；Pak4被證明在內(nèi)皮細(xì)胞上由Cdc42誘導(dǎo)的絲狀偽足擴(kuò)展方面有重的作用；而Pak5可以導(dǎo)致軸突的延伸。Paks還可以對(duì)細(xì)胞進(jìn)行調(diào)控，激活的Pak1，Pak2和Pak4的表達(dá)可以促進(jìn)細(xì)胞變圓。        為了探討Pak4在腫瘤遺傳學(xué)方面的功用

7、，國(guó)外學(xué)者分析了其在幾種瘤細(xì)胞系中的表達(dá)情況。結(jié)果表明：Pak4經(jīng)常在來(lái)源于人體的多種組織器官的腫瘤細(xì)胞系中呈現(xiàn)過(guò)表達(dá)，且絲氨酸位點(diǎn)（Ser-474）很可能是Pak4酶活性區(qū)域中的自身磷酸化位點(diǎn)，絲氨酸到谷氨酸位點(diǎn)的突變體（S474E）促使其獲得了酶活性。PAK4和Cdc42在高爾基體膜中同時(shí)表達(dá)，我們可利用針對(duì)Ser-474位點(diǎn)的磷酸化特異性抗體來(lái)探查有活性Pak4的存在。進(jìn)而，Pak4突變體（S474E）可導(dǎo)致NIH3T3細(xì)胞的不依賴(lài)貼壁生長(zhǎng)。另一方面，無(wú)活性的PAK4(K350A，K351A)可以通過(guò)活性Ras來(lái)有效地阻止HCT116癌細(xì)胞克隆的轉(zhuǎn)化和抑制其不依賴(lài)貼壁生長(zhǎng)。綜上所述：Pa

8、k4對(duì)細(xì)胞癌化和Ras驅(qū)動(dòng)的瘤細(xì)胞不依賴(lài)性貼壁生長(zhǎng)具有極其重的影響。        越來(lái)越多的事實(shí)表明：Pak激酶在細(xì)胞癌化，Ras促使的不依賴(lài)貼壁細(xì)胞生長(zhǎng)和細(xì)胞存活的調(diào)控方面具有很重的影響。例如：無(wú)活性的Pak等位基因會(huì)抑制Rat1和施瓦爾貝核細(xì)胞的Ras轉(zhuǎn)化。同樣地，Pak2的功能缺失性等位基因也會(huì)干擾Ras介導(dǎo)的細(xì)胞周期。最新的一些研究也提供了關(guān)于Pak1在人類(lèi)乳腺癌上皮細(xì)胞的不依賴(lài)貼壁細(xì)胞生長(zhǎng)和侵襲力方面的重證據(jù)。另外，Pak1還可以調(diào)節(jié)BAD的活性。Pak4也可以保護(hù)細(xì)胞免受外因?qū)е碌募?xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞粘

9、附以及調(diào)節(jié)嚙齒動(dòng)物成纖維細(xì)胞的不依賴(lài)貼壁生長(zhǎng)。    2 PAK4的生化結(jié)構(gòu)        人源PAK4位于第19號(hào)染色體上，其轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)大小約為53.59kb。PAK4基因上共有10個(gè)外顯子，均位于正鏈上，中間由9個(gè)內(nèi)含子所間隔。最大的外顯子長(zhǎng)979kb，最小的長(zhǎng)73kb；內(nèi)含子最長(zhǎng)的為42310kb，最小的為139kb。        3 PAK4的生物學(xué)特性   

10、      Pak4是最新發(fā)現(xiàn)的Pak家族中的一員 它與別的Paks序列上有很大的差別，特別是在調(diào)節(jié)區(qū)域上的區(qū)別，但Pak4有一個(gè)GBD的修飾區(qū)。Pak4是Cdc42的一個(gè)靶點(diǎn)，它為Cdc42促進(jìn)纖羽的形成提供了一種良好的途徑。野生型的Pak42不能獨(dú)立地促進(jìn)明顯的細(xì)胞構(gòu)架的改變，只有Pak4和Cdc42的共同表達(dá)可以使纖羽的正常形成。與Pak1相比，Pak4調(diào)節(jié)細(xì)胞構(gòu)架形成的過(guò)程更依賴(lài)于其酶活性和PBD區(qū)域的有無(wú)。近來(lái)，人們已經(jīng)構(gòu)建出一種Pak4的突變體Pak4(S445N)，它只能導(dǎo)致暫時(shí)性的纖羽形成。人們還發(fā)現(xiàn)在C2C12細(xì)胞中，Pak4

11、還會(huì)促進(jìn)彈性纖維的轉(zhuǎn)動(dòng)和溶解。除此之外，在C2C12細(xì)胞中Pak4（S445N）的高效表達(dá)會(huì)促進(jìn)多聚肌動(dòng)蛋白的形成。研究表明：Pak4和Pak4(S445N)都可使LIMK1高度磷酸化。實(shí)際上，它們磷酸化LIMK1的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)地高于等量的野生型或具有普通活性的Pak1。激活的Pak4也可以提高LIMK1磷酸化cofilin的能力。Pak4或Pak4(S445N)的存在對(duì)肌動(dòng)蛋白簇的刺激是必的，LIMK1的缺失會(huì)抑制Pak4(S445N)對(duì)細(xì)胞構(gòu)架改變的促進(jìn)作用，一個(gè)非磷酸化的cofilin突變體在Pak4(S445N)的參與下也會(huì)阻止細(xì)胞骨架和形態(tài)的改變。   &#

12、160;     Pak4可以調(diào)節(jié)蛋白酶LIM1的活性 利用蛋白質(zhì)結(jié)合分析的方法，我們發(fā)現(xiàn)Pak4可以與LIMK1特異地結(jié)合。免疫復(fù)合物激酶分析法表明：野生型和具有活性的Pak4都可以較強(qiáng)地磷酸化LIMK1，這種作用的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Pak1，且具有活性的Pak4能刺激LIMK1對(duì)cofilin進(jìn)行磷酸化。免疫熒光實(shí)驗(yàn)表明，Pak4與LIMK1共同作用可以刺激C2C12細(xì)胞的構(gòu)架改變。功能缺陷型LIMK1和cofilin突變體會(huì)抑制特定的細(xì)胞骨架的形成，反過(guò)來(lái)細(xì)胞形態(tài)的改變會(huì)使活性Pak4突變。細(xì)胞骨架中肌動(dòng)蛋白的組成對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的功能有很大的影響。細(xì)胞骨

13、架的組成在多種細(xì)胞行為中起到重的作用，其中包括：細(xì)胞激活，細(xì)胞粘附，細(xì)胞增生以及胞質(zhì)分裂。調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架形成信號(hào)酶的異常調(diào)控會(huì)對(duì)細(xì)胞活動(dòng)起到負(fù)面影響，例如會(huì)導(dǎo)致癌基因的轉(zhuǎn)化和細(xì)胞增生與活化的缺損。充分理解細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)蛋白對(duì)多聚肌動(dòng)蛋白的調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)細(xì)胞生物學(xué)方面更深入地探討特別是在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)上有著重的意義。Rho家族中的GTP酶對(duì)調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物肌動(dòng)蛋白組成上有重的作用。這個(gè)家系中的三種主的作用因子包括Cdc42，Rac，Rho，它們分別用來(lái)調(diào)控纖羽，片狀偽足和彈性纖維的形成。除了調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架組成外，GTP酶還有一些其他的調(diào)節(jié)作用，如細(xì)胞粘附，細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的激活，細(xì)胞增生，細(xì)胞癌化及癌細(xì)胞的侵襲

14、性。            【摘】絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶4 (PAK4)是生物學(xué)界最新發(fā)現(xiàn)的一類(lèi)蛋白因子，它在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中起很重的         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。     

15、   LIMK1可以在腦組織中高度地表達(dá)，也可以在其他許多組織器官中表達(dá)。LIMK1的缺損會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)紊亂性Williams綜合征，也會(huì)使神經(jīng)元之間的聯(lián)系變得異?；IMK1會(huì)導(dǎo)致明顯的細(xì)胞構(gòu)架的改變，這主是由肌動(dòng)蛋白蔟的改變?cè)斐傻?。LIMK1的磷酸化使cofilin這樣的細(xì)胞構(gòu)架蛋白失活，從而抑制cofilin的肌動(dòng)蛋白解聚合作用。具有活性的Rac也可以導(dǎo)致LIMK1的磷酸化，而Pak4是Rac與LIMK1之間磷酸化作用的紐帶。         Pak4還可以被一種上皮細(xì)胞的遷移刺激

16、因子HGF激活 在沒(méi)被刺激的MDCK細(xì)胞上，Pak4的活性會(huì)導(dǎo)致彈性纖維的減少，一旦細(xì)胞受到HGF的刺激，就會(huì)導(dǎo)致病灶物和細(xì)胞環(huán)化物的消失。這一過(guò)程依賴(lài)Pak4的活性，但無(wú)須Cdc42的參與?；钚訮ak4定位在細(xì)胞的外周蛋白上，而不是特異地定位在細(xì)胞的扁平狀偽足上，這種HGF因子正是用來(lái)協(xié)助野生性Pak4定位在細(xì)胞的外周蛋白上。LY294002，它是一種磷酸肌醇（三）激酶（P13K）抑制劑，能夠有效地抑制HGF誘導(dǎo)Pak4的激活，重新定位以及細(xì)胞變圓。然而，LY294002的存在可以使Pak4的激酶區(qū)域的C末端誘導(dǎo)細(xì)胞變圓，這說(shuō)明Pak4的N末端不是活性區(qū)域。這些事實(shí)表明，HGF對(duì)Pak4的刺

17、激是通過(guò)P13K來(lái)完成的，且Pak4有助于HGF誘導(dǎo)的肌動(dòng)蛋白組成和細(xì)胞基質(zhì)粘附的改變。            HGF是一種多功能的細(xì)胞因子，它可以通過(guò)與酪氨酸激酶的腺苷甲硫氨酸受體的作用而成為上皮細(xì)胞的活力刺激因子。HGF刺激上皮細(xì)胞后使其失去了細(xì)胞間的正常形態(tài)，出現(xiàn)了一種類(lèi)似于纖維母細(xì)胞的形態(tài)，并且細(xì)胞變得更容易轉(zhuǎn)移。Pak1除了可被HGF激活外，還可以被其它的轉(zhuǎn)移前刺激因子所激活，如PDGF。相反，Paks的第二亞群的生長(zhǎng)刺激因子還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)。  &

18、#160;      角化細(xì)胞生長(zhǎng)因子（KGF） 是纖維母細(xì)胞生長(zhǎng)因子（FGF）家族中的一員，它可以作為上皮細(xì)胞的一種重的保護(hù)性因子。KGF的受體本身具有酪氨酸激酶的活性，可專(zhuān)門(mén)在普通上皮細(xì)胞和肺上皮組織中表達(dá)。KGF的作用是可以保護(hù)肺組織免受各種異物的入侵，但其保護(hù)機(jī)制還未完全闡明。為了很好地說(shuō)明KGF保護(hù)上皮細(xì)胞的機(jī)制，科學(xué)家們采用了酵母雙雜交分析的方法來(lái)尋找與KGF受體（KGFR）相互作用的蛋白。結(jié)果發(fā)現(xiàn)KGFR的細(xì)胞質(zhì)區(qū)域和Pak4作用。Pak4是Paks家族中最具多樣的一種。但目前Pak4激活的刺激因子尚未找到，研究資料表明：依靠KG

19、FR酪氨酸激酶的活性，Pak4可與KGFR結(jié)合。Pak4的顯性負(fù)性突變體在上皮細(xì)胞中能阻止KGF介導(dǎo)的氧化劑對(duì)caspase-3的激活作用。研究得出：Pak4是KGF抵抗上皮細(xì)胞癌化過(guò)程中的一種重的調(diào)節(jié)因子。         Pak4與整合素v5相互作用來(lái)調(diào)節(jié)v5 協(xié)調(diào)的細(xì)胞遷移 Pak1通過(guò)調(diào)節(jié)肌球蛋白鏈激酶和LIM激酶活性來(lái)影響細(xì)胞的遷移。采用一種全新的技術(shù)來(lái)說(shuō)明Pak4直接與細(xì)胞內(nèi)區(qū)域相互作用的機(jī)制，分析Pak4 是如何調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性。酵母雙雜交技術(shù)顯示Pak4與整合素5亞基的細(xì)胞質(zhì)區(qū)域結(jié)合，同樣形式的相

20、互結(jié)合也可以在哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)源Pak4和整合素v5中見(jiàn)到。通過(guò)對(duì)Pak4與整合素5膜端區(qū)域結(jié)合圖的繪制，發(fā)現(xiàn)整合素可與Pak4 COOH端505-530氨基酸區(qū)段結(jié)合。更重的是，整合素5與?；Y(jié)合素作用，導(dǎo)致Pak4從細(xì)胞漿到扁平偽足結(jié)構(gòu)的改變，偽足結(jié)構(gòu)是Pak4和整合素v5作用的部位。Pak4可以誘導(dǎo)v5介導(dǎo)的而不是1介導(dǎo)的人乳腺癌細(xì)胞的遷移，但沒(méi)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞表面整合素表達(dá)水平的改變?？傊?，Pak4可以與整合素v5相互作用且可以選擇性地提高v5介導(dǎo)的細(xì)胞轉(zhuǎn)移。        4 結(jié)語(yǔ)   

21、;     Pak4是生物學(xué)界新近發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域中的重因子，對(duì)其結(jié)構(gòu)及生物學(xué)特性方面的研究正在積極地開(kāi)展。我們探討Pak4及Paks家族其它成員的特性，對(duì)分析關(guān)于腫瘤遺傳學(xué)、細(xì)胞癌變、細(xì)胞凋亡等一些重的細(xì)胞生物學(xué)現(xiàn)象，具有重的意義，也為癌癥等某些疑難病癥提供了新的科學(xué)依據(jù)。        【參考文獻(xiàn)】        1 Marinella G. Callow，F(xiàn)elix Cl

22、airvoyant，Shirley Zhu，et.al.Requirement for PAK4 in the Anchorage-independent Growth of Human Cancer Cell Lines. The Journal of Biological Chemistry，2002，277(1)：550-558.        2 AN QU，MARTA S.CAMMARANO，QING SHI，et al.Activated PAK4 Regulates Cell Adhesion and

23、 Anchorage-Independent Growth. Molecular and cellular biology，2001，3523-3533.        3 Huntao Dan，April Kelly，Ora Bernard，et al.Cytoskeletal Changes Regulated by the PAK4 Serine/Threonine Kinase Are Mediated by LIM Kinase 1 and Cofilin. THE JOURNAL OF BIOLOGIC

24、AL CHEMISTRY，2001，276(34)：32115-32121.        4 Claire M.Wells，Arie Abo and Anne J.Ridley.PAK4 is activated via P13K in HGF-stimulated epithelial cells.Journal of Cell Science，2002，115：3947-3956.        5 Yunbiao Lu，Zhon

25、g-Zong Pan，Yvan Devaux，et al.p21-activated Protein Kinase 4(PAK4)Interacts with the Keratinocyte Growth Factor Receptor and Participates in Oxidant-induced Cell Death. The Journal of Biological Chemistry，2003，278(12)：10374-10380.        6 Hongquan Zhang，Zhilun

26、 Li，Eva-Karin Viklund，et al.p21-activated kinase 4 interaces with integrinv5 and regulatesv5mediated cell migration. The Journal of Cell Biology，2002，158(7)：1287-1297.        7 Nerina Gnesutta，Jian Qu，Audrey Minden.The Serine/Threonine Kinase PAK4 Prevents Cas

27、pase Activation and Protects Cells from Apoptosis. The Journal Biological Chemistry，2001，276(7)：14414-14419.        8 Shubha Bagrodia and Richard A.Cerione.PAK to the future. CELL BIOLOGY. Vol.9，Sep 1999.        9 R.Hugh

28、 Daniels and Gary M.Bokoch.P21-Activated protein kinase：a crucial component of morphological signaling? Elsevier Science Ltd.0968-0004/99/$-See front matter 1999.        10 Chuntao Dan，Niharika Nath，Muriel Liberto，et al.PAK5，a New Brain-Specific Kinase，Promote

29、s Neurite Outgrowth in NIE-115 Cells. Molecular And Cellular Biology，2002，567-577.            【摘】絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶4 (PAK4)是生物學(xué)界最新發(fā)現(xiàn)的一類(lèi)蛋白因子，它在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中起很重的         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。    11 Yick-Pang Ching，Veronica Y.L.Leong，Chi-Ming