Zn2+和金屬硫蛋白在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的關(guān)系

1、Zn2+和金屬硫蛋白在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的關(guān)系,MRE：金屬反應(yīng)元件 MT ：金屬硫蛋白 apo-MT:金屬硫蛋白前體物 SH ：巰基 NLS：核定位序列 PKC：蛋白激酶C MTF-1 :金屬轉(zhuǎn)錄因子 apo-MTF-1:無活性的金屬轉(zhuǎn)錄因子 JNK：c-Jun氮端激酶 -TGCRCNC-：MRE核心區(qū)域共有序列,主要英文縮寫符號說明,報告內(nèi)容,一前言,參考文獻(xiàn)： Andrews，1990； Toriumi等, 2005 ；Quaife等，1994,1957年Margoshes,Vallee首次在馬的腎臟中發(fā)現(xiàn)MT ，到目前為止共發(fā)現(xiàn)170多種MT分子，包括MT-1MT-4的四種基因類型。 （Sun

2、dar等，2006）,Zn2+,MT在細(xì)胞內(nèi)表達(dá),鋅是動物必需的一種微量元素，它能與DNA或者其他蛋白質(zhì)相互作用，在所有鋅依賴的酶和組織蛋白中發(fā)揮重要的催化和結(jié)構(gòu)功能（Gaither等，2001）.,二MT的結(jié)構(gòu),MT一般是由60一68個氨基酸殘基組成的多肽單鏈分子中含有大量巰基，但不存在二硫鍵，在自然條件下，所有的巰基均與金屬離子結(jié)合（Binz等，1999）,MT的一級結(jié)構(gòu),MT的空間結(jié)構(gòu),MT分子中沒有-螺旋和-折疊肽段，一分子的MT可以結(jié)合7個Zn或Cd(Michalska等，1996）。在MT分子中，每三個硫基與一個金屬離子形成復(fù)合物（Hamor ，1986)。,圖3 老鼠MT-2分子

3、的三維結(jié)構(gòu)模型圖,三、Zn2+和MT在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá),3.1 外源性添加鋅誘導(dǎo)MT的表達(dá),MT是胞內(nèi)數(shù)量最多的鋅結(jié)合蛋白,對Zn2+有很高的親和性，Zn-MT在基因表達(dá)和信號傳遞等過程中發(fā)揮重要作用（Satoh,等 1999)。,說明細(xì)胞中Zn2+濃度的升高能夠引起MT的表達(dá)。,3.2 外源性誘導(dǎo)胞內(nèi)Zn2+濃度升高引起MT的表達(dá),研究表明：細(xì)胞中加入外源性誘導(dǎo)劑，如NO,H2O2，重金屬離子也會引起MT的表達(dá)，而這種誘導(dǎo)都是通過釋放MT中的Zn2+實(shí)現(xiàn)。,這幾種外源性誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Zn2+濃度的升高，其作用方式是否相同？,？,3.2.1 NO誘導(dǎo)MT中的Zn2+釋放引起MT的表達(dá),表明內(nèi)源性

4、和外源性NO均可以誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)MT的表達(dá)。,Zn-MT結(jié)構(gòu)是半胱氨酸配基誘導(dǎo)MT氧化還原反應(yīng)的化學(xué)基礎(chǔ)（Maret,1998）,表明NO破壞了Zn-S結(jié)構(gòu)，使Zn2+從MT中釋放出來進(jìn)入胞質(zhì)中。,表明：NO置換了MT中的Zn2+，引起其中的Zn2+釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。,3.2.2 H2O2誘導(dǎo)MT中Zn2+釋放引起MT的表達(dá),細(xì)胞中MT以不含有Zn2+的apo-MT形式存在時，H2O2不能誘導(dǎo)MT基因的表達(dá)（Zhang等，2003）。,說明H2O2誘導(dǎo)MT的表達(dá)對Zn2+可能具有依賴性。,說明Cu2+,Cd2+誘導(dǎo)MT在胞內(nèi)的表達(dá)可能和Zn2+有關(guān)。,3.2.3 重金屬離子誘導(dǎo)MT中的Zn2+引起M

5、T的表達(dá),研究發(fā)現(xiàn)，使用apo-MT處理過量的Cu2+和Cd2+時，均不能誘導(dǎo)細(xì)胞中MT-1基因的表達(dá)(Zhang等，2003） 。,表明Cu2+,Cd2+誘導(dǎo)MT的表達(dá)，也是通過置換其中的Zn2+引起。,哺乳動物的MT主要結(jié)合胞內(nèi)的Zn2+（Kagi ，1991），在Cu2+和Cd2+過載的情況下，Zn2+可以被很容易的取代（Shaw等， 1991）。,細(xì)胞中的Zn2+是怎樣誘導(dǎo)MT在胞內(nèi)表達(dá)的呢？,？,四、Zn2+介導(dǎo)MT在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的機(jī)制,MTF-1是結(jié)合在MREs的功能區(qū)域發(fā)揮其作用（Koizumi，1999）,MTF-1是Cys2-His2家族的一個鋅指轉(zhuǎn)錄因子（Radtke，199

6、3），也是基礎(chǔ)條件和重金屬誘導(dǎo)下，MT表達(dá)所必需的（Heuchel等，1994）,MRE是一個12bp短序列，它是MTF-1在DNA序列上的一個結(jié)合點(diǎn)，金屬離子的應(yīng)答性反應(yīng)依賴于MRE序列（Cizewski等，1989）。,4.1 Zn2+和MTF-1在胞質(zhì)中的激活,說明，Zn2+引起了MTF-1在細(xì)胞質(zhì)中的激活過程，并且其激活過程是發(fā)生在MTF-1從細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞核的核轉(zhuǎn)運(yùn)過程中。,表明MTF-1在胞內(nèi)的激活過程是由Zn2+引起，其他金屬離子誘導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)中MTF-1的激活也是依賴于其中的Zn2+的作用。,老鼠MTF-1蛋白由675個氨基酸組成，包括一個含有6個Cys2-His2的鋅指DNA結(jié)合區(qū)

7、域（圖b)和三個轉(zhuǎn)錄激活區(qū)域(圖c)（Radtke等，1993），以及假定的核定位序列（NLS）和核輸出序列（NES)(圖a,c)(Saydam，2001),MTF-1的區(qū)域結(jié)構(gòu),這說明鋅指F1-F6可能具有不同的功能性質(zhì)。,Chen（1998）CD分析MTF-1的F1-F6鋅指結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)其在222nm處具有相同的A值，而與Zn2+在其鋅指半胱氨酸上的結(jié)合位置無關(guān)！,圖21 MTF-1鋅指缺失后與DNA結(jié)合的活性,研究表明：存在兩種鋅依賴的激活MTF-1的現(xiàn)象。,現(xiàn)象1：MTF-1的激活主要依賴于鋅指F1,而不是F5,F6。,圖23 缺失鋅指F1，F(xiàn)5-6的 MTF-1,短暫轉(zhuǎn)染老鼠纖維母細(xì)胞（

8、MTF-1-/-)后的功能,說明鋅指F1可能作為激活細(xì)胞質(zhì)中的apo-MTF-1的一個功能鋅指，而鋅指F5,F6則是作為MTF-1的結(jié)構(gòu)鋅指，參與MTF-1的結(jié)構(gòu)組成。,現(xiàn)象2：MTF-1的激活主要依賴于鋅指F5,F6,而不是F1。,說明MTF-1的鋅指F5,F6對鋅的親和能力要強(qiáng)于鋅指F1-F4.因此F5,F6可能是作為MTF-1的功能鋅指，而F1-F4是作為結(jié)構(gòu)鋅指。,（資料來源：Chen等，1998）,模型A：Zn2+結(jié)合在弱Zn2+結(jié)合區(qū)域（F5,F6),導(dǎo)致分子內(nèi)變構(gòu)激活MTF-1。,圖27：Zn2+激活MTF-1的兩種模型：,Zn2+激活MTF-1的兩種模型：,Zn2+能夠加速M(fèi)T

9、F-1向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)運(yùn)過程（Smirnova，2000）,4.2 Zn2+和MTF-1的核定位,表明：鋅指F1單獨(dú)存在可能并不影響MTF-1的核定位，MTF-1的核定位過程可能還依賴于其分子上其他功能區(qū)域的作用。,Bitter(2000)研究發(fā)現(xiàn)，MTF-1中的鋅指F1對于MTF-1與DNA的結(jié)合活性有很重要的作用，而不是F2-F6的作用。,表明：丙酮酸激酶（myc-pk)的核定位是依賴于MTF-1上面的NLS序列以及其鋅指F1-F3共同的作用。,表明：人的MTF-1的氨基酸133-226序列是其核定位必須的，因此，MTF-1上的NLS序列和其鋅指F1-F3一起作為MTF-1核定位的新的功能序列

10、SNAIL1。,資料來源：（Saydam， 2001）,圖35 各種應(yīng)激處理的MTF-1轉(zhuǎn)錄激活,4.3 Zn2+和MTF-1的磷酸化,MTF-1的活性可能和其磷酸化有關(guān)（Bittel，1998），其磷酸化發(fā)生在核轉(zhuǎn)運(yùn)過程中（Saydam，2002)，Zn2+能夠誘導(dǎo)MTF-1的磷酸化（Adams，2000）,說明：Zn2+誘導(dǎo)了MTF-1結(jié)構(gòu)中的絲氨酸和蘇氨酸富集區(qū)域的磷酸化，并且，細(xì)胞質(zhì)中存在一定量磷酸化的MTF-1，Zn2+的加入，誘導(dǎo)了更多MTF-1的磷酸化。,圖39 金屬離子激活老鼠L細(xì)胞的JNK和PKC,說明：Zn2+是通過激活PKC,PI3K,JNK三種激酶的活性，最后引起MT-

11、1基因的表達(dá)。,說明：PKC的抑制劑可以抑制Zn2+誘導(dǎo)下，MT-1和MRE的表達(dá)，但是不抑制MT-1和MRE在細(xì)胞質(zhì)中的基礎(chǔ)水平的表達(dá)。,表明：MTF-1的磷酸化是MT表達(dá)所必須的，其可能與Zn2+誘導(dǎo)MT-1表達(dá)過程中的PKC,JNK等幾種酶的激活有關(guān)，而Zn2+是通過刺激MTF-1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的這幾種激酶，最后引起MT基因的表達(dá)。,說明：Zn2+激活的MT基因的轉(zhuǎn)錄可能是受到去磷酸化的MTF-1的調(diào)節(jié)?？赡茉蚴?，Zn2+誘導(dǎo)磷酸化的MTF-1進(jìn)入細(xì)胞核，而特異的殘基去磷酸化，最后激活MT基因的轉(zhuǎn)錄。,六結(jié)語,1.外源性添加Zn2+能夠誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)MT的表達(dá)。 2.外源性誘導(dǎo)劑NO，H2

12、O2以及重金屬離子誘導(dǎo)MT在細(xì) 胞內(nèi)的表達(dá)依賴于MT中Zn2+的作用。 3.Zn2+誘導(dǎo)MT在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)分為三個過程： 第一，Zn2+與MTF-1的鋅指結(jié)合；第二，Zn2+通過PKC等 幾種酶誘導(dǎo)MTF-1的磷酸化；第三，Zn2+介導(dǎo)活性的 MTF-1進(jìn)入細(xì)胞核，最后活性的MTF-1與MRE結(jié)合，啟動 MT的轉(zhuǎn)錄發(fā)生。,七，參考文獻(xiàn),Aravindakumar,C.T.,Ceulemans,J.,De Ley,M.,1999.Nitric oxide induces Zn2+ release from metallothionein by destroying zinc-sulphur cl

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