Axin與細胞信號轉導的研究進展

Axin與細胞信號轉導的研究進展

【關鍵詞】Axin基因

【關鍵詞】Axin基因；WNT信號轉導通路；JNK信號轉導通路；腫瘤抑制物

0引言

Axin基因是1997年對天然小鼠突變系基因克隆分析中發(fā)現(xiàn)的編碼AXIN蛋白質的基因，原名FUSED，為了避免與不相干果蠅FUSED基因混淆，并推測FUSED基因在動物胚胎體軸分化中起重要作用，將其重新命名為AXIN，即軸抑制［1,2］.Axin可存在于許多生物體內，目前發(fā)現(xiàn)Axin家族有兩個成員，Axin(Axin1)及其同源物Axil(Axinlike)，又稱conductin或Axin2［2］.基因分別定位于染色體16q133,17q24處.Axin可位于胞膜、胞質及胞核中，包括一個G蛋白信號域的調控區(qū)段,C端與Dishevelled蛋白N端保守序列高度同源.Axin具有多個固定結構域,至少可以和18種蛋白質相互作用，作為支架蛋白發(fā)揮多種生物學功能.Axin的幾個功能結構域的磷酸化位點高度保守.

1Axin與WNT和JNK信號轉導通路

Axin在WNT和JNK兩條信號轉導通路中起雙重作用.WNT和JNK信號轉導通路是由一系列癌基因及抑癌基因編碼的蛋白質組成，各種蛋白彼此聯(lián)系，相互制約，從而構成復雜的信號傳遞網(wǎng)絡.這些信號轉導在組織細胞的生長、分化、成熟、個體發(fā)育過程中起重要的調節(jié)作用，它們的信號轉導異常與腫瘤的發(fā)生和胚胎的異常發(fā)育有密切關系.Axin有一系列蛋白結合位點，可與WNT及JNK信號轉導通路的各重要分子相互作用形成復合物，在復合物中Axin起構架蛋白的作用，與其他因子一起共同調節(jié)這兩種信號轉導系統(tǒng).

與WNT信號轉導通路

/β鏈蛋白轉導通路WNT通路是因其啟動WNT蛋白而命名.研究表明，β鏈蛋白在WNT＼Wingless信號通路中扮演了重要角色.在正常組織細胞中，β鏈蛋白與E鈣黏蛋白形成復合物，從而保持胞質內β鏈蛋白濃度處于相對較低的狀態(tài).哺乳動物WNT信號通路在WNT信號或其他細胞外信號刺激下，WNT與細胞表面相應受體Frizzled家族結合，通過Dishevelled蛋白拮抗β鏈蛋白降解復合物的形成，進而阻斷β鏈蛋白磷酸化、泛素化.β鏈蛋白分子在細胞質內聚集，并與轉錄因子TCF4/LEF結合形成轉錄復合物轉運入核，啟動下游靶基因的轉錄和表達，調節(jié)細胞生長.在無WNT時，胞質內高水平的β鏈蛋白可以反饋刺激負性調節(jié)分子如結腸腺瘤息肉蛋白抑癌基因、糖原合成激酶和Axin等的表達，形成多元復合物，促使β鏈蛋白在GSK3β激酶作用下發(fā)生磷酸化，磷酸化的β鏈蛋白結合于βTRCP蛋白，再與泛素共價結合，最終被TRCP/SLIMB蛋白水解酶降解，使β鏈蛋白在胞內的濃度始終維持在較低水平，從而保證細胞行使正常的生理生化功能［3-6］.

對β鏈蛋白的負性調節(jié)作用近來研究表明，在未受刺激的細胞中，細胞內的β鏈蛋白信號發(fā)送行為通過絲氨酸/蘇氨酸，被控制在很低的水平并伴隨著普遍存在和快速降解WNT的刺激抑制了在胞質和胞核中累積的β鏈蛋白的磷酸化，在此過程中，Axin是一種必不可少的負性調節(jié)因子.Axin的作用就是吸收這條途徑的大部分的組分，通過將酶和底物結合，Axin促進了β鏈蛋白磷酸化的專一性和高效性，Axin同時也與腫瘤抑制蛋白APC相捆綁［3］.APC是β鏈蛋白降解循環(huán)中重要的組成蛋白，Axin調節(jié)β鏈蛋白與APC的結合.在絕大多數(shù)結腸癌組織中發(fā)現(xiàn)了缺乏SAMP重復序列的APC突變，突變的APC不能與Axin結合，導致了WNT通路的異?；罨?］.APCAXIN復合體可調節(jié)絲氨酸/蘇氨酸激酶GSK3β的活性，并且GSK3β催化β鏈蛋白的作用還必須在AXIN結合位點的參與下進行［8］.不僅如此，APC還可以協(xié)助Axin引進β鏈蛋白，并形成以Axin為基礎的復合物［3］.

與JNK信號轉導通路

信號轉導通路JNK家族是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶，也被稱為應激活化蛋白激酶，屬于第三類MAPK家族.JNK蛋白可由3個基因編碼:JNK1,JNK2,JNK3.其基因通過選擇性剪切而產生10種JNK形式.通過選擇性剪切，JNK改變了停泊位點與底物結合能力，決定了底物的特異性［9］.多種激刺信號，如生長因子、細胞因子和環(huán)境刺激等直接或間接地激活MEKK1.MEKK1使MEKK4發(fā)生絲/蘇氨酸磷酸化而激活，活化的MEKK4通過雙磷酸化JNK的THR及TYR位點而激活JNK，使其磷酸化，JNK主要使JUN蛋白N末端磷酸化，并引起ATF1和EK等轉錄因子活化.近來研究表明，JNK與多種疾病發(fā)生機制有關，從而使JNK在臨床上可作為一個潛在的分子治療靶.

與JNK信號轉導通路Axin在人類胚胎腎293T細胞的過度表達能有力地激活JNK通路.在JNK通路中，Axin可通過MID位點與MEKK1結合并相互作用，從而激活JNK，促使細胞發(fā)生調亡.其中MEKK1黏合在GSK3β或在酪氨酸激酶I的誘導下通過改變構象達到高水平調節(jié)，從而與Axin黏合，發(fā)揮作用.進一步研究發(fā)現(xiàn)，Axin也有同MEKK4的結合位點，該結合位點不同于MEKK1的結合位點，所以缺乏MEKK1黏連結構的Axin仍然能夠激活JNK.在此途徑下發(fā)現(xiàn)Axin可以激活小鼠胚胎細胞，而且MEKK1與MEKK4在其中分別扮演了不同的角色，參與不同的信號轉導途徑.同時，它們以競爭的狀態(tài)去結合Axin，兩者在黏連Axin的過程中會彼此排斥.除了MEKK1和MEKK4各自的黏連之外，它們同時也有一個額外的通用區(qū)域，即使用專用的X區(qū)域在它們的連接區(qū)域之外激活JNK通路.Axin在JNK通路有一個臨界的區(qū)域用于Axin調節(jié)JNK通路，它在MEKK1和MEKK4兩個黏連區(qū)域之間，移動MEKK1或MEKK4不會影響Axin激活JNK途徑.然而，移動任意一塊環(huán)繞在aa642～673附近的區(qū)域卻完全破壞了Axin對JNK通路的影響［10］.

及JNK信號通路的關系在不同的信號通路中，其通路成分可以相互作用.如WNT信號通路中的Dvl，CKI和GSK3β均可激活JNK通路，在JNK通路中Axin與MEKK的黏連成分同樣可以激活WNT通路［11］.

2Axin與其他轉導通路

Axin在TGFB信號轉導通路中，可作為Smad3的接合器，通過TGFB受體促進該通路的活性［12］；在Insulin通路中，Axin與DCAP作用，分解糖原［13］.另外，在Eph/ephrin信號轉導通路中Axin也有重要作用［14］.

3Axin的多種生物學功能

在WNT信號轉導通路中，β鏈蛋白是一種原癌基因，Axin降解β鏈蛋白，因此Axin可以作為一種腫瘤抑制物.它的異常表達與多種腫瘤有關，如髓母細胞瘤、卵巢內膜樣腺瘤、肝細胞肝癌等.但目前還未完全清楚是Axin如何發(fā)揮作用的［15］.Axin在細胞骨架的排列中起重要作用.Dvl的有絲分裂紡錘體的形成與細胞骨架的重建有重要關系.Dvl和Axin均有DIX結構域，推測Axin也可以通過DIX結構域介導細胞骨架的重排［16］.正常情況下Axin只在神經(jīng)元表達，星形膠質細胞不表達Axin,但在星形細胞瘤中卻檢測到Axin的突變.有研究表明，Axin的異常表達可阻斷胚胎癌細胞p19向神經(jīng)元分化，所以Axin在神經(jīng)組織的分化和間變中起到了重要作用.Axin在JNK信號轉導通路中促進細胞凋亡.Axin的突變可以導致神經(jīng)系統(tǒng)的缺失［17］，并與結腸直腸癌、乳腺癌等有關.另外Axin可以負性調節(jié)胚胎體軸發(fā)育［18］.

4小結

綜上所述，Axin是起多種支架蛋白作用的多功能蛋白,它從糖的代謝、細胞增殖、器官發(fā)育到細胞凋亡等多方面發(fā)揮作用.近來，對其的研究已經(jīng)開始集中于如何構建蛋白Axin介導MAP3K以及繼發(fā)JNK活性作用等方面，但仍需要大量的研究和探討.

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