E3泛素连接酶Arkadia的结构特征、生物学功能及其在疾病发生发展中的应用.docVIP

E3泛素连接酶Arkadia的结构特征、生物学功能及其在疾病发生发展中的应用 　引言 　　泛素化降解是真核细胞内蛋白质降解的主要途径, 可调控细胞凋亡、转录调控、细胞周期、DNA损伤修以及免疫应答等多种细胞活动, 该途径具有依赖ATP、高效、高度选择性的特点. 其中, E3泛素连接酶Arkadia是泛素化降解过程的关键酶. 目前已知的研究报道,Arkadia可以特异性泛素化降解细胞内蛋白, 在纤维化疾病、肿瘤的发生发展及转移、气管重塑等多种疾病发病过程中都发挥着重要的作用. 本文就Arkadia研究进展综述如下 　　1 泛素化概述 　　泛素最早是在1975年被发现的, 他是一种分子量仅为8.5 kDa的小分子调节蛋白, 由76个氨基酸组成. 其广泛表达于哺乳动物细胞内, 同时在细菌、酵母及高等植物体内也广泛表达, 在酵母和人类之间仅有3个氨基酸的差异, 因而具有高度的保守性. 泛素可以单体形式存在,也可与靶蛋白形成复合物 　　直到1982年, Ciechanover等对泛素化进行了更为具体的描述. 泛素化是指泛素分子在一系列酶作用下, 对靶蛋白进行特异性修饰的3步酶学反应过程. 首先, E1泛素激活酶通过水解ATP获得能量, 激活泛素分子, 进而实现泛素分子与E1泛素激活酶的共价结合; 然后在E2泛素结合酶的协助下, 泛素分子由E1泛素激活酶传递给E2结合酶; E3泛素连接酶再将与E2泛素结合酶共价结合的泛素分子传递给靶蛋白, 靶蛋白经过多次泛素化过程, 被多个泛素分子标记, 形成多聚泛素链; 最终, 被多聚泛素链所标记的靶蛋白被26S蛋白酶体降解为小分子的多肽片段, 同时释放游离的可重新利用的泛素分子. 在体内, 泛素化为一动态过程, 与其他转录后修饰过程一样, 可影响细胞内的多个信号传导过程. 泛素化与去泛素化能否保持一定的平衡对于维持机体正常的生理状态具有非常重大的意义. 　　2 E3泛素连接酶Arkadia的结构特征 　　E3泛素连接酶决定了靶蛋白底物的特异性, 是泛素化过程中起决定作用的关键. 目前,已知的E3泛素连接酶有600多种, 根据其结构和功能的不同, 可以分为4类: HECT结构域E3酶、RING结构域E3酶、N末端规则E3酶、及环指相关E3酶[. Arkadia是一种环形E3泛素连接酶, 广泛表达于成年哺乳动物组织中,如包括睾丸、脾脏、胰腺、肺脏、肾脏、肝脏及心脏等. 2001年Niederlauml;nder等[30]及其同事首先对Arkadia进行了报道, 他们的研究发现Arkadia可增强Nodal信号通路, 诱导Node分子形成, 这在胚胎早期发生过程中发挥着非常重要的作用.Arkadia是由994个氨基酸开放阅读框架构成的蛋白, 编码基因为RNF111 ; 他具有泛素结合酶的RING结构域及靶蛋白识别结构, 其N-末端时多个核定位信号, C-末端即是具有特征性结构-RING finger结构域. RING-finger结构域是指70个氨基酸中的8个氨基酸(半胱氨酸和组氨酸)通过与锌离子螯合作用形成C3H2C3(RING-H2)或C3HIC4(RING-HC)构型.其氨基酸序列为: Cys-X2-Cys-Xn(9-39)-Cys-Xl~3-His-X2~3-Cys-X2-Cys-Xn(4-48)-Cys-X2-Cys(C2HC4)(X可以是任何氨基酸残基, 但在特定的位置还有特定的氨基酸残基), Cys和His分别代表锌结合残基半胱氨酸和组氨酸, 并且每一环指结构域连有两个锌离子. 　　3 Arkadia在信号通路中的作用 /Smad信号通路中的作用b　　3.1 Arkadia在TGF- ,b(transforming growth factor-b　　Arkadia是一种细胞内蛋白, 可以通过泛素化降解细胞内蛋白而发挥增强转化生长因子 )信号通路的作用. 与其他E3泛素连接酶所不同的是,Arkadia与Smad1、Smad2、Smad4、Smad5、Smad8分子不存在相互作用,bTGF- 信号通路中的抑制性分子,b仅与Smad6、Smad7具有较强的相互作用; 而Smad6分子主要在BMP信号通路发挥重要作用. Smad7分子是TGF- 、activin、nodal信号通路的激活. 因此,b超家族的Ⅰ型受体相结合, 抑制Smad2、Smad3的活化, 从而抑制TGF-b可以与TGF- 信号通路的转录活性主要是通过泛素化降解Smad7分子而实现的. 除Smad7分子以外,bArkadia增强TGF- Arkadia还可以通过降解P-Smad2/3分子发挥增强Nodal 信号通路的作用.另外, Arkadia还可以降解c-Ski/SnoN, 信号通路