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，上傳到平臺為了幫到更多的人，如果您需要使用本文檔，請點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，萬事如意！引言泛素化降解是真核細胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的主要途徑可調(diào)控細胞凋亡、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、細胞周期、DNA損傷修以及免疫應(yīng)答等多種細胞活動，該途徑具有依賴ATP、高效、高度選擇性的特點.其中，E3泛素連接酶Arkadia是泛素化降解過程的關(guān)鍵酶.目前已知的研究報道,Arkadia可以特異性泛素化降解細胞內(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)病過程中都發(fā)揮著重要的作用.

2、本文就Arkadia研究進展綜述如下1泛素化概述泛素最早是在1975年被發(fā)現(xiàn)的，他是一種分子量僅為kDa的小分子調(diào)節(jié)蛋白，由76個氨基酸組成.其廣泛表達于哺乳動物細胞內(nèi)，同時在細菌、酵母及高等植物體內(nèi)也廣泛表達，在酵母和人類之間僅有3個氨基酸的差異，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等對泛素化進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，對靶蛋白進行特異性修飾的3步酶學(xué)反應(yīng)過程.首先，E1泛素激活酶通過水解ATP獲得能量,激活泛素分子,進而實現(xiàn)泛素分子與E1泛素激活酶的共價結(jié)合；然后在E2泛素結(jié)合酶的協(xié)助下，泛素

3、分子由E1泛素激活酶傳遞給E2結(jié)合酶；E3泛素連接酶再將與E2泛素結(jié)合酶共價結(jié)合的泛素分子傳遞給靶蛋白，靶蛋白經(jīng)過多次泛素化過程，被多個泛素分子標記，形成多聚泛素鏈；最終，被多聚泛素鏈所標記的靶蛋白被26S蛋白酶體降解為小分子的多肽片段，同時釋放游離的可重新利用的泛素分子.在體內(nèi)，泛素化為一動態(tài)過程，與其他轉(zhuǎn)錄后修飾過程一樣，可影響細胞內(nèi)的多個信號傳導(dǎo)過程.泛素化與去泛素化能否保持一定的平衡對于維持機體正常的生理狀態(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,廣泛表達于成年哺乳動物組織中,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Arkadia進行了報道，他們的研究發(fā)現(xiàn)Arkadia可增強Nodal信號通路，誘導(dǎo)Node分子形成，這在胚胎早期發(fā)生過程中發(fā)揮著非常重要的作用.Arkadia是由994個氨基酸開放閱讀框架構(gòu)成的蛋白，編碼基因為RNF111;他具有泛素結(jié)合幅的RING結(jié)構(gòu)域及靶蛋白識別結(jié)構(gòu)，其N-末端時多個核定位信號，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個氨基酸中的8個氨基酸(半胱氨酸和組氨酸)通過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)域連有兩個鋅離子.3 Arkadia在信號通路中的作用/Smad信號通路中的作用bArkad

6、ia在TGF-,b(transforminggrowthfactor-bArkadia是一種細胞內(nèi)蛋白,可以通過泛素化降解細胞內(nèi)蛋白而發(fā)揮增強轉(zhuǎn)化生長因子）信號通路的作用.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-信號通路中的抑制性分子，b僅與Smad&Smad7具有較強的相互作用；而Smad6分子主要在BMP信號通路發(fā)揮重要作用.Smad7分子是TGF-、activin、nodal信號通路的激活.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

7、通路的轉(zhuǎn)錄活性主要是通過泛素化降解Smad7分子而實現(xiàn)的.除Smad7分子以外，bArkadia增強TGF-Arkadia還可以通過降解P-Smad2/3分子發(fā)揮增強Nodal信號通路的作用.另外，Arkadia還可以降解c-Ski/SnoN,信號通路下游靶基因的轉(zhuǎn)錄.例如，在胚胎細胞中,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,進而促進TGF-信號通路下游基因的轉(zhuǎn)錄.因止匕bArkadia的表達缺失雖可募集P-Smad2/3分子，但卻不能啟動TGF-通路的抑制因子，如Smad7、C-ski及SnoN,b/Smad信號通路，主要是通過泛素化降解TGF

8、-bArkadia參與調(diào)節(jié)TGF-信號.b來放大TGF-Arkadia在骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7/Smads信號通路中的作用超家族的成員之一，在細胞增殖及成骨細胞分化的過程中都發(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汲揮信號傳導(dǎo)作用.Smad6及Smad7是BMP-7/Smads信號通路中重要的抑制分子,信號通路的抑制分子.b構(gòu)

9、成一個重要的負反饋的環(huán)路其中Smad7既是BMP-7/Smads信號通路的抑制分子,又是TGF-信號通路的抑制作用相對較弱，卻可以有效地阻斷BMP-7/Smads信號通路.b但Smad6對于TGF-Tsubakihara等的研究揭示了在BMP誘導(dǎo)成骨細胞分化過程中,Arkadia的缺失會導(dǎo)致成骨細胞分化明顯減少.他們的研究表明Arkadia主要通過降解Smad6來發(fā)揮正向調(diào)控BMP-7/Smads信號通路的作用.Arkadia在EGF信號通路中的作用Arkadia信號通路,在表皮生長因子(epidermalgrowthfactor,EGF)信號通路中也發(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u2亞基的泛素化，進而可以調(diào)節(jié)內(nèi)皮生長因子受體(epidermalgrowthfactorreceptor,EGFR)的介導(dǎo)的內(nèi)吞作用.因此,Arkadia可以通過調(diào)節(jié)EGFR的內(nèi)吞作用來發(fā)揮調(diào)控EGF信號通路的作用.4 Arkadia在疾病發(fā)生發(fā)展中的作用Arkadia與纖維化Arkadia信號通路相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用.b/Smads信號通路,故Arkadia在與TGF-b能有效地增強TGF-是纖維化發(fā)生過程中的關(guān)鍵因子，因此，Arkadia可能會參與纖維化發(fā)生發(fā)展的過程.Liu等的

11、研究指出,bTGF-刺激之后,Arkadia的mRNA表達水平明顯升高,而且用小干擾RNA干擾掉Arkadia之后,b人的正常腎小管上皮細胞在TGF-SMA)的表達水平出現(xiàn)明顯的降低，a-smoothmuscleactin,a-平滑肌肌動蛋白(a腎臟因此Arkadia在腎小管上皮細胞問質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中有著非常重要的作用；他們的另一項研究發(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,他們認為Arkadia可以通過降解Smad7促進腎小管上皮細胞向間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化；Gai等的研究也進一步證實了Arkadia可以促進間質(zhì)上皮轉(zhuǎn)化這一觀點.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)腸上皮細胞中表達量較高,且在Arkadia缺失的小鼠患結(jié)直腸癌的風(fēng)險遠遠大于野生型小鼠；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，信號通路而實現(xiàn)的.此外,b他們認為Arkadia這一抑制結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的作用主要是通過募集SnoN分子抑制TGF-在20種人類腫瘤細胞中也檢測到Arkadia的泛素化表達，因此認為Arkadia或許參與彌漫性霓癌的發(fā)展過程.Arkadia與肺部腫瘤:體外研究56發(fā)現(xiàn),Arkadia在肺腫瘤細胞NCI-H46

13、0中穩(wěn)定表達,且可明顯地抑制該細胞的生長；但在體外實驗中,Arkadia卻不能抑制小鼠肺部腫瘤的發(fā)展.另有研究報道Arkadia可以加速乳腺癌及肺癌鼠的腫瘤轉(zhuǎn)移，其主要機制是因為Arkadia可以降解c-Ski,從而發(fā)揮促進問質(zhì)上皮轉(zhuǎn)移的作用；Briones-Orta等利用3種不同的腫瘤細胞進行了研究,研究發(fā)現(xiàn)Arkadia被干擾之后,腫瘤細胞在肺內(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，但在腫瘤細胞的定植及早期轉(zhuǎn)移過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、肌細胞增生、上皮損傷、杯狀細胞化生、水腫及新生血管增加.TGF-信號通路的調(diào)控因子，在氣管重塑過程中發(fā)揮著重要的作用.b而Arkadia作為TGF-信號通路，進而促進氣管重塑.bLi等發(fā)現(xiàn)Arkadia通過降低Smad7、noN/Ski蛋白表達可以顯著增強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，但是具體的機制還有待于更深入的研究.5結(jié)論信號通路的作用;b信號通路轉(zhuǎn)錄活性，繼而放大TGF-bArkadia具有增強TGF-還可以通過降