大豆肽與基因的相互作用課件

1、大豆肽與基因的相互作用 qiming_14618Ming Qi 祁鳴, PhD, FACMGHUGO LecturerCAP InspectorCenter for Genetic & Genomic MedicineJames Watson Institute of Genomic Sciences& Medical School of Zhejiang UniversityBGI-ShenzhenDepartment of Pathology and Lab. Med.University of Rochester Medical CenterOffice：ZJU Med School A

2、-713現(xiàn)代醫(yī)學(xué)導(dǎo)論2013級(jí)食品安全與營(yíng)養(yǎng)專業(yè)求是科學(xué)班營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)模塊 2014-03-31ReferencesTextbook: 營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)：發(fā)現(xiàn)通往個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)的途徑第11章， Jim Kaput，Raymond L.Rodriguez. 祁鳴，朱心強(qiáng)等（譯）：浙江大學(xué)出版社2011 食物攝入與慢性病的發(fā)病率和嚴(yán)重性密切相關(guān)食物中的生物活性分子能夠影響生理和基因的表達(dá)，從而與慢性病的發(fā)病率和嚴(yán)重性之間密切相關(guān)。膳食中的分子通過主要或次要的新陳代謝的改變直接或間接的影響基因的表達(dá)。食物中的某些組分可以通過以下途徑起作用：作為轉(zhuǎn)錄因子的配體，作為信號(hào)傳導(dǎo)路徑中的正性或負(fù)性的催化劑作為細(xì)胞核

3、受體的配體。多食用大豆可防癌?廣泛的流行病學(xué)證據(jù)，即多食大豆和降低某些腫瘤的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，如乳癌、前列腺癌及大腸癌 化學(xué)預(yù)防劑（Chemopreventive agent）: 一種通過阻斷有害的生物反應(yīng)或過程從而防止疾病發(fā)生的化學(xué)成分、藥物或食物補(bǔ)充劑。露那辛（lunasin）的結(jié)構(gòu)一個(gè)最近從大豆2S白蛋分離出來的由43個(gè)氨基酸組成大豆多肽。其羧基末端包含一個(gè)染色體結(jié)合區(qū)域，該區(qū)域是一個(gè)細(xì)胞黏附模序(精氨酸甘氨酸天冬氨酸（RGD）)跟隨著八個(gè)天冬氨酸殘基組成。該染色質(zhì)結(jié)合區(qū)包含10個(gè)氨基酸，呈螺旋排列，與其它染色體結(jié)合蛋白中發(fā)現(xiàn)的小保守序列同源。 也可從大麥中分離得到 Gm2S-1Signal

4、 peptideSmall subunitlinkerLarge subunit21 aa 43aa 17aa 77aalunasinChromobinding Motif RGDDDDDDDDD露那辛（lunasin）的功能 在動(dòng)物及哺乳動(dòng)物細(xì)胞影響細(xì)胞周期的調(diào)控，有化學(xué)預(yù)防劑作用Cholesterol managementInflammation reductionAntioxidant benefitsImproved immunityOverall cellular health 露那辛影響動(dòng)物及哺乳動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞周期調(diào)控 轉(zhuǎn)染露那辛基因到哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，會(huì)導(dǎo)致有絲分裂停滯，隨后細(xì)胞凋

5、亡。露那辛有優(yōu)先結(jié)合去乙酰組蛋白H4的能力。如果露那辛的多天冬氨酸尾部被切斷，它與去乙酰組蛋白H4結(jié)合就會(huì)減少，然而用RGD模序（lunasinGRG）替換，卻不會(huì)減少它與去乙?；M蛋白H4的結(jié)合。露那辛的化學(xué)預(yù)防劑作用 當(dāng)外源露那辛增加到納摩爾濃度時(shí)，能顯著抑制化學(xué)致癌物質(zhì)DMBA誘導(dǎo)C3H/10T1/2S鼠胚胎成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化灶形成。應(yīng)用能夠抑制雌性致癌因子敏感鼠中皮膚腫瘤發(fā)生。在組蛋白去乙酰酶抑制劑、丁酸鈉存在時(shí)，用露那辛處理人類C3H/10T1/2S和MCF-7乳腺癌細(xì)胞，可以觀察到在乙?；饔玫暮诵慕M蛋白H3和H4的10-95倍的減少，影響致癌作用基因的表達(dá)。在E1A轉(zhuǎn)染的鼠成纖維細(xì)

6、胞NIH 3T3中，露那辛抑制成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化灶形成。E1A是一個(gè)病毒腫瘤蛋白，可以使Rb（成視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤）腫瘤抑制因子停止活動(dòng) 露那辛（lunasin）對(duì)前列腺癌的治療作用及對(duì)基因表達(dá)譜的影響 前列腺癌是美國最常見的非皮膚病類癌癥，在2003年大約有220900新病例和28900死亡，是美國男性第二大死因。生物芯片分析技術(shù)已經(jīng)成為一種有力的檢測(cè)工具，它可以同時(shí)檢測(cè)到成千上萬個(gè)基因在不同水平的表達(dá)變化。cDNA生物芯片可以用來分析抗癌藥物對(duì)前列腺細(xì)胞株基因表達(dá)譜的影響。 生物芯片分析檢測(cè)露那辛（lunasin）處理24小時(shí)非腫瘤基因型（RWPE-1）和腫瘤基因型（RWPE-2, 前列腺上皮細(xì)胞株

7、）前后基因表達(dá)譜的變化。暴露于2M的露那辛（lunasin）24小時(shí)后，在 14，500個(gè)已檢查的基因中，有123個(gè)基因的表達(dá)水平改變超過兩倍。在這123個(gè)基因中，121個(gè)基因在RWPE-1型細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，只有2個(gè)基因在RWPE-2型細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)。給予2M露那辛（lunasin）后，沒有基因在非腫瘤基因型或腫瘤基因型表皮細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)。在RWPE-1型細(xì)胞中，上調(diào)的基因包括那些控制抗瘤作用、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞分裂的控制。 DNA microarrays 處理前處理后DNA microarrays 露那辛上調(diào)細(xì)胞凋亡基因的表達(dá)THBS1：在癌癥細(xì)胞的凋亡或程序性死亡中有重要作用。THBS1通過活

8、化細(xì)胞凋亡蛋白酶細(xì)胞死亡途徑、或減少來抗細(xì)胞凋亡基因bcl2表達(dá)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。也有抗血管生成的能力。BNIP3基因：一種能夠活化凋亡作用而同時(shí)抑止BCL-2活性的抗細(xì)胞凋亡功能線粒體蛋白。 還可調(diào)節(jié)與凋亡無關(guān)的類壞疽樣細(xì)胞壞死，例如細(xì)胞色素C釋放、細(xì)胞凋亡蛋白酶的活化和凋亡誘導(dǎo)因子的細(xì)胞核遷移。BNIP3通過開放線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔，導(dǎo)致線粒體失去功能，破壞了線粒體膜，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。低氧誘導(dǎo)因子1亞基(HIF一1A)：一個(gè)基本的螺旋-環(huán)-螺旋轉(zhuǎn)錄因子，能調(diào)節(jié)BNIP3的表達(dá)。BNIP3啟動(dòng)子包含一個(gè)功能性的 HIF-1A反應(yīng)元件，缺氧或者HIF-1A的強(qiáng)迫性表達(dá)都能被激活。 HIF-1A可

9、以與抑癌基因p53結(jié)合和穩(wěn)固。PRKCL2，也稱為PRK2，通過抑止致癌基因Akt的抗凋亡活性來促進(jìn)凋亡。Akt通過磷酸化一種可以誘導(dǎo)凋亡的BCL-2家族蛋白BAD，減弱其活性，來實(shí)現(xiàn)它的抗凋亡效應(yīng)。然而，于凋亡早期產(chǎn)生的PRKCL2 C端片斷結(jié)合Akt，導(dǎo)致了對(duì)Akt介導(dǎo)的磷酸化BAD的抑制，從而使凋亡得以發(fā)生。露那辛上調(diào)細(xì)胞凋亡基因的表達(dá)HIF1aBNIP3PRKCL2THBS1APOPTOSISCASPASES PATHWAYBCL-2 suppressespro-apoptosis genesBAD stimulates pro-apoptosis genesBCL-2BADangio

10、genesisAkt oncogeneStabilization of tumor suppressor p53露那辛（lunasin）上調(diào)抑制細(xì)胞增殖基因的表達(dá)PRKAR1A基因： 該基因編碼環(huán)腺苷酸依賴的蛋白激酶A型I-的調(diào)節(jié)亞基, 一個(gè)腫瘤抑制因子。PRKAR1A的突變會(huì)引起Carney 綜合征（CNC），Carney 綜合征是一種常伴有甲狀腺腫瘤的多腫瘤綜合癥。PRKAR1A突變細(xì)胞下調(diào)了基因表達(dá)的控制，導(dǎo)致環(huán)腺苷酸信號(hào)通路的活化以及不正常的生長(zhǎng)增殖。 BTB(POZ)： 該基因包含功能域1（ABTB1或者BPOZ），是腫瘤抑制基因PTEN生長(zhǎng)抑制信號(hào)通路中的介質(zhì)之一。PTEN基因的失

11、活在人類癌癥包括前列腺癌中是很常見的。過表達(dá)BPOZ可抑制細(xì)胞周期進(jìn)程和癌癥細(xì)胞的生長(zhǎng)，而轉(zhuǎn)染BPOZ基因反義鏈則可以加速細(xì)胞的生長(zhǎng)。TOB（也被指作Tob1）：Tob是抗增殖BTG/Tob家族中的一員， Tob缺陷小鼠易于自發(fā)生成腫瘤。ERBIN ：可與erbb2基因相互作用的蛋白，是新型的Ras信號(hào)抑制劑。ERBIN是一個(gè)富含亮氨酸的蛋白質(zhì)，它與Ras相互影響，又可干擾Ras與Raf之間的相互作用， 導(dǎo)致Ras介導(dǎo)活化的細(xì)胞外信號(hào)調(diào)控激酶（Erk）負(fù)調(diào)節(jié)。露那辛（lunasin）上調(diào)抑制細(xì)胞增殖基因的表達(dá)RASERBINBPOZPRKAR1ACell GrowthCyclic AMP Si

12、gnal PathwayPTEN tumor suppression pathwayTOB1RAFERK有絲分裂關(guān)卡 (mitotic checkpoint) 也稱紡錘體關(guān)卡(spindle checkpoint)，是監(jiān)控細(xì)胞有絲分裂期紡錘體形態(tài)與位置、著絲點(diǎn)與來自紡錘體微管連接狀況、染色體位置和排列的監(jiān)控機(jī)制；在有絲分裂關(guān)卡的監(jiān)控下，只有當(dāng)所有染色體都與來自紡錘體兩極的微管連接并排列于赤道板上時(shí)，細(xì)胞才由有絲分裂期中期向后期轉(zhuǎn)換，走出有絲分裂期。露那辛上調(diào)有絲分裂關(guān)卡(Mitotic checkpoint)基因的表達(dá)TTK蛋白激酶：酵母MPS1的一個(gè)同族體，磷酸化MAD1p,是有活化絲分裂關(guān)

13、卡的必要步驟。酵母細(xì)胞紡錘體組裝關(guān)卡早期需要MPS1 。它是活化有絲分裂關(guān)卡過程中限制性的一步，因?yàn)楫?dāng)過表達(dá)MPS1時(shí)，細(xì)胞分裂的途徑就被激活了。過表達(dá)MPS1可以延遲細(xì)胞周期進(jìn)程進(jìn)入分裂后期，破壞紡錘體形。MPS1也是用于紡錘體極體復(fù)制過程中的一個(gè)重要物質(zhì)。BUB1B（BubR1）：BubR1是關(guān)卡控制所需的蛋白激酶。 通過顯微注射特定的抗體使BubR1失活能夠破壞細(xì)胞分裂關(guān)卡的控制。 某些乳腺癌細(xì)胞株中內(nèi)源性的BubR1蛋白水平下降。 乳腺癌特異基因1（BCSG1）編碼的致癌蛋白可直接與BubR1交互作用，導(dǎo)致BubR1經(jīng)由蛋白酶體部件降解，使乳腺癌發(fā)生，這個(gè)過程至少部分是由BubR1失活

14、改變有絲分裂關(guān)卡造成的。MAD2L1（有絲分裂阻滯缺陷二型蛋白1）：人乳腺癌細(xì)胞株中另一個(gè)關(guān)卡基因MAD2L1表達(dá)減弱，表現(xiàn)為染色體不穩(wěn)定且易形成非整倍體。一些乳癌細(xì)胞株攜帶MAD2L1基因位點(diǎn)突變，形成一種截短蛋白產(chǎn)物。 提高了分子監(jiān)控能力，阻止細(xì)胞過早分裂、染色體不穩(wěn)定和形成非整倍體。露那辛（lunasin）上調(diào)蛋白降解相關(guān)基因的表達(dá)蛋白酶體26S亞體ATP酶6（PSMC6）E3泛素連接酶（SMURF2）泛素特異性蛋白水解酶（USP1）泛素活化酶E1C（UBE1C） 露那辛（lunasin）上調(diào)這些基因，從而調(diào)節(jié)蛋白的降解，這些蛋白在細(xì)胞的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)化灶形成的起始階段是需要的。露那辛（lun

15、asin）上調(diào)間隙連接蛋白的表達(dá)細(xì)胞間隙連接通訊（gap junction intercellular communication, GJC）: 鄰近細(xì)胞之間通過允許小分子通道的間隙連接通路交流信息，間隙連接通路是由叫做連接蛋白的蛋白質(zhì)組成的。 GJC 在許多癌癥細(xì)胞中被阻斷，例如人類惡性前列腺癌細(xì)胞。 連接蛋白43（connexin 43): 此蛋白已顯示出有抑制腫瘤的作用。在多個(gè)前列腺腫瘤細(xì)胞株中都發(fā)現(xiàn)了連接蛋白43表達(dá)減少及轉(zhuǎn)錄后修飾受損，表明阻斷間隙通訊是人類前列腺癌進(jìn)程的關(guān)鍵性一步。 病毒致癌基因Src通過將連接蛋白43的酪氨酸殘基增加一個(gè)磷酸基團(tuán)，阻斷間隙連接通訊，從而使細(xì)胞生長(zhǎng)失

16、控。轉(zhuǎn)染功能性連接蛋白43基因到腫瘤性小鼠細(xì)胞后可以修復(fù)GJC、正常生長(zhǎng)調(diào)節(jié)、細(xì)胞與細(xì)胞之間的信息交流以及對(duì)腫瘤的抑制。q-PCR技術(shù)驗(yàn)證芯片結(jié)果在mRNA水平上，使用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)（RT-PCR）驗(yàn)證基因芯片分析所發(fā)現(xiàn) 露那辛上調(diào)的4個(gè)基因，即凝血酶敏感蛋白1（THBS 1）、cAMP依賴性蛋白激酶調(diào)節(jié)亞單位類型1(PRKARlA)、ERBB2傳導(dǎo)器1(TOBl)和低氧誘導(dǎo)因子1亞基(HIF一1A)。選擇這4個(gè)基因是因?yàn)樗鼈兇砹思?xì)胞凋亡和增殖途徑中的基因。RT-PCR對(duì)這些選定基因的分析結(jié)果與生物芯片數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)沒有展示）的結(jié)果是一致的。其它抗癌活性物的大豆化合物Bowman-Bir

17、k抑制劑(BBI) 和BBIC（一種富含BBI的大豆?jié)饪s物）: 一種源于大豆的絲氨酸蛋白酶抑制劑，無論在體內(nèi)還是體外系統(tǒng)中都顯示具有抗癌活性?？梢砸种魄傲邢侔┘?xì)胞株的生長(zhǎng)、入侵和克隆存活。染料木黃銅：大豆中主要的異黃酮, 另一個(gè)從大豆中提取的化學(xué)性預(yù)防活性物質(zhì)。在體內(nèi)和體外都可以抑制癌癥基因，還可以抑制核轉(zhuǎn)運(yùn)因子NF-B和Akt信號(hào)通路的活性，這二者都可用來維持細(xì)胞生存和凋亡之間的平衡。染料木黃銅通過上調(diào)BAX來誘導(dǎo)凋亡，BAX是一種對(duì)抗Bcl2抗凋亡功能的蛋白質(zhì)。用染料木黃銅處理過的PC3前列腺癌細(xì)胞，通過生物芯片分析發(fā)現(xiàn)它的基因表達(dá)譜有774個(gè)基因表達(dá)下調(diào)，有58個(gè)基因表達(dá)上調(diào)。與露那辛（lunasin）的效果相似，染料木黃銅改變的主要是細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、血管生成、腫瘤細(xì)胞入侵和轉(zhuǎn)移中的基因表達(dá)。 其它具有防治癌癥作用的小多肽2126個(gè)氨基酸的多肽，這些多肽對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞具有選擇性毒性，而且對(duì)小鼠具有抗癌活性。露那辛和這些多肽有兩個(gè)驚人的結(jié)構(gòu)相似:細(xì)胞結(jié)合區(qū)段（RGD或者NGR）促凋亡區(qū)段則有一個(gè)短的螺旋狀片段。Gm2S-1