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從細胞表面到細胞核的信號轉途徑是人們十分關心并不斷探索的熱點。具有酪氨酸激酶活性的受體(receptortyrosinekinases,RTKs)是外界刺激信息傳遞至細胞核,轉化成細胞效應的信號通路的關鍵組成,參與細胞生長、增殖、轉化及胚胎發育和腫瘤形成,具有重要的生理功能[1]。所有RTKs都是膜結合的Ⅰ型糖蛋白,其結構的共同特點是整個分子可分成三個結構區,即胞外的配體結合區,細胞內部具有酪氨酸激酶活性的功能區和連接這兩個區域的由疏水氨基酸組成的跨膜區,配體結合PTK胞外區域后使其構象發生變化引起受體在包膜上遷移、聚集,并形成寡聚化的受體-配體復合物,激活胞漿的酪氨酸激酶而活化,導致自身磷酸化及下游胞內底物蛋白質分子的酪氨酸磷酸化,啟動不同信號途徑將信號逐級傳遞[2]。
RTKs研究發展速度非常快,按其獨特的結構特點,序列同源性及配體性質分類,就目前的報告統計至少已發現有50多個RTK基因分屬于14個不同亞族,Eph是其中成員最多的家族,約有14個基因組成。
1、Eph亞族受體的的結構與分類
Eph亞族明顯的結構特點[3]是它們的胞外配體結合區含一個免疫球蛋白樣重復序列,一個半胱氨酸富含區(有20個胱氨酸殘基),后面有兩個FNⅢ(纖粘蛋白Ⅲ型)重復區;在胞漿酷氨酶區無激酶插入(KI)的序列阻斷,由于核區氨基酸序列尤其在各受體亞族中高度保守,對這部分序列按氨基酸同源性分析的高低做為建立種系發生樹(phylogenetictree)的依據,從中可以得出各亞族成員關系(圖1)[4]。同源性基因間序列同一性大于88%的歸于一種,從而將已克隆的40多個基因歸于14種,盡管Eph亞族在結構上高度保守,但各成員同源性,表達分布與結合配體各不相同,據此又可將其分成EphA和EphBsubgroup.這幾年來對Eph亞族的研究蓬勃發展,突出成就在于不斷發現和克隆新的成員及配體,證實Eph亞族的基因區域化表達與神經軸突束的組織趨化性發育途徑有對應關系,從而與腦區的形態結構以及神經網絡結構的形成密切相關。
Eph亞族的命名[6]源自該亞族最早的成員Eph(新命名EphA1),是Hirai用非嚴謹雜交技術以vfps的酪氨酸激區序列為探針從人桿細胞癌細胞株cDNA文庫中克隆[3]。Eph基因在進化上高度保守,用人EphcDNA探針可從大鼠、雞、小腹果蠅中檢測到特異DNA帶,人Eph基因定位于7號染色體,編碼3.5kbMrna,RNA印跡分析表達在大鼠肝、肺、腎有Mrna水平高表達,在小腸表達較低,在幾種人腫瘤中(肺癌、乳腺癌、結腸癌、肝癌、結腸癌),Eph表達高于相應正常組織,但無基因擴增,且高表達的Eph基因體外使NIH3T3誘發裸鼠致瘤及能在軟瓊脂上形成克隆[4]。提示Eph高表達也許與腫瘤發生有關。
1.2Elk(eph-like-kinase)
Elk(新命名EphB1)是該亞族第二個成員,是用抗磷酸酪氨酸抗體從大鼠的腦cDNA文庫中克隆[7],它的表達與eph不同,僅大鼠腦中檢測到ElkmRNA,在小腸中表達較少,lwase[8]通過RNA印跡分析表明Elk在14至16d大鼠胚胎胃中表達高,至18d及新生鼠中表達非常低,在成年鼠胃中沒有檢測到Elk表達,在3例人胃癌組織中發現有2例Elk的mRNA表達水平幾倍高于正常胃組織,推測Elk也許在人胃癌中起一定作用。
1.3Eck(epithelial-cell-kinase)
Eck(新命名EphA2)是該亞族第三個發現并克隆全長cDNA的成員,來源于人角化細胞cDNA文庫,并由此得名,它廣泛表達與上皮來源細胞中[9],其4.7kbmRNA在大鼠肺、皮膚、小腸和卵巢及上皮性細胞系高表達,在腎、腦,脾等有低水平表達,eck是該亞族成員被發現有酪氨酸激酶活性的第一個基因,用免疫沉淀方法以抗Trpe融合蛋白(含EckC端101氨基酸),并將免疫復合物進行體外激酶實驗,對磷酸化蛋白進行磷酸氨基酸分析,確證了其磷酸化主要是在酪氨酸上。
1.4Heks(humaneph-like-kinases)
Heks(Hek4,5,7,8,11)[10]。是從人胚腦cDNA文庫中用PCR和5’RACE方法克隆出來的一組基因,采用的是根據該亞族高度保守的胞內催化功能域WTAPEAI和VCKVSDFG基序而設計合成,氨基酸同源性分析表明hek4(新命名EphA3)與cek4(99%)和mek4(98%)同源性最高,即它們的同源基因,編碼983個氨基酸,有典型的ATP結合位點(GXGXXG),其779位Tyr為自身磷酸位點,主要在人胎盤、心、腦、肺、肝組織中表達,還在兩株T白血病細胞株(JM,HSB-21)和一株前B細胞株中表達,另外在1/28慢性淋巴細胞白血病及2/39急性髓細胞白血病表達,表明它在正常淋巴系統的功能和分化中及一些人惡淋巴腫瘤中有一定作用。
Hek5(新命名EphB2)即以前命名的Erk(Elk-relatedkinase)基因[11],與ERK蛋白(extracellularsignal-regulatedkinases)是不同的,后者在MAPK級聯中可被MEK磷酸化,Iwase胞內激酶區的片段,通過RNA印跡分析表明Erk在鼠中表達降低,而成年鼠的胃的中已檢測不到該基因表達,而且首次在人胃癌組織中檢測到Erk表達顯著高于相應正常組織,故而認為Erk了也許在胃的胚胎及腫瘤發生中起一定作用。隨后Kiyodawa等[12]的研究更證實了這點,他們用此cDN段做探針克隆出全長Hek5序列,與其他Eph亞族基因氨基酸序列比較,在氨基端有一個不完全信號肽區,與Cek5(92.5%),Nuk(91.1%)同源性最高。Hek5主要在上皮來源的組織(甲狀腺,結腸等)及腫瘤細胞系(胃癌、食道癌、結腸癌等)表達,另外在非上皮來源的骨肉瘤細胞系Huo-3NI有表達,在各種腫瘤組織中的表達均幾倍高于相應正常組織,其中胃癌顯著75%高表達,未發現擴增及重排。
Hek5的雞同源物cek5(chickenembryokinase)是從10天齡雞胚cDNA表達文庫中用抗磷酸酪氨酸抗篩選出來,蛋白質印跡表明Cek5在雞胚腦中高表達,在腎、肺、腸等低表達,另外,同時還得到了一個Cke5異型體(Variant)Cek5+的部分序列,發現它在膜并列區域多了16個氨基酸的插段,也許是選擇剪切(alternativesplicing)不同的結果,并且這是神經系統特有的,與此類似,Cek10(新命名EphB3)也有異型體Cek10+,在膜并列區域有15個氨基酸的插段[13],目前對這種現象還所知甚少。
1.5其他新基因
Tck,(tailandcementglandkinase),XElk,P17a[14]是從非洲蟾蜍克隆出來,分別與Hek2(79%)、Elk(91%)、Myk-1(80%)同源性最高,XElk是Elk的蟾蜍屬同源物,TckxElk均在卵母細胞成熟過程中有不同程度表達,故推測在特定組織胚胎發育的信號傳導中起一定作用。
2、Eph亞族受體的配體研究
闡明Eph亞族各成員的生理功能及研究信號轉導途徑的第一步依賴于配體的分離,目前已分離出8種不同的配體分為ephrin-A和ephrin-Bsubclass(Ephfamilyreceptorinteractingproteins).ephrin-A(A1~A5)類配體靠糖基磷脂酰肌醇鏈(GP1-linkage)錨定在細胞膜上,PI-PLC能水解GPI,使其從細胞表面釋放下來具備可溶性;ephrin-B(B1~B3)類配體是跨膜蛋白,結合研究表明該亞族已發現的配體可與多個受體以不同的親和力交叉結合且發揮不同的作用[15]。配體在組織中的表達廣泛,其結構可分為四個區即信號區、結合區、spacer區、疏水區、胞外區有四個保守的半胱氨酸殘基和一個推測為糖基化的位點,及受體的結合位點,結合區有9個β-extended構象,也許存在類似Ig折疊的β-sheets構成的二級結構,疏水區有信號通過GPI連接或跨膜形式將蛋白錨定于膜上,Spacer區使受體結合區從質膜伸展開。二級結構分析表明這些配體不屬于已知的結構基序,與其結構相似最高的大多為T細胞受體或Ig序列[16]。配體與受體的結合能導致受體自身磷酸化和與細胞中信號蛋白分子的作用。
B61(新命名ephrin-A1)是該亞族第一個發現的配體,早先是從IL-1或TNF誘導的人臍靜脈內皮細胞中克隆的立早反應基因,存在可溶和以GPI錨固定于膜上二種形式,研究發現后者是Eck配體可結合并激活Eck,原位雜交分析表達B61和Eck均在肺和內臟高表達,B61基因位于小鼠3號染色體[17]。隨后又證實它與另一個新發現的配體LERK2(新命名ephrin-B1)一起能與Elk和hek結合[18]。對配體的研究發展也非常迅速,越來越多的配體被發現,park用非嚴謹PCR克隆技術來克隆B61的同源基因,結果從鼠腦中分離出3個不同的配體Elf-1/cek7-L(新命名ephrin-A2),Ehk1-L/Ef1-2/Lerk3(新命名ephrin-A3)和AL-1/RAGS(新命名ephrin-A5)可激活Eek[15]。
隨著越來越多配體的發現對功能的研究得以深入開展,Ciossek發現Elf-1和B61兩種配體與MDK1結合能導致其自身磷酸化和Rat1細胞中一個未知的內源62ku蛋白質酪氨酸磷酸化,這也許表明MDK1及其配體在鼠早期發育中起作用[19]。應用雙雜交系統證明在P19胚癌細胞株中,EphB1(ELK)被其配體ephrin-B1/Fc活化后可與胞內接頭蛋白Nck的SH2結構域結合,進一步激活c-Jun激酶(JNK/SAPK),而瞬時高表達突變的EphB1受體(Y594F)則阻斷了EphB1到JNK的信號傳遞,從而證明了Nck是介導EphB1到JNK信號通路的重要連接分子[20]。鑒定所有配體及闡明它們的功能是今后面臨的挑戰性任務。
Eph是一大類新發現的RTK,現代分子生物學技術的發展使Eph亞族迅速壯大成為RTK最大的家族,昨天其廣泛的種屬和組織分布,結構上的高度保守,提示它們在細胞內具有重要的生理功能,盡管有研究表明,Eph亞族參與神經系統的細胞間相互作用及軸突發育路徑,Eph、Hek、Erk、Elk等與人腫瘤有關,但Eph亞族的研究尚處于資料和認識的積累階段,即仍需大量研究加以證實。克隆Eph亞族新基因及繼續尋找胞內各成員的天然配體及特異底物范圍及生理功能,為最終闡明它的信號傳導機制及生長調控、神經系統發育、腫瘤發生的關系提供滿意答案。