生命进展论文.doc

核受体功能与调控研究当初选生命科学进展是出于想对我们院的各个实验室的研究内容作一下了解，而且仅凭短短的一个多小时也只能对老师们的研究有一个初步认识，以下是我通过吴乔老师的讲座以及查阅有关文献了解到的核受体的功能与调控机制：1.核受体及其结构核受体是由一大类配体激活的转录因子超家族成员组成，可以直接与靶基因上相关的应答元件结合从而调节基因转录，对细胞发育、分化和生理功能起着重要的调节作用。根据核受体的配体类型，其超家族成员分为三类: 类固醇激素受体，如糖皮质激素受体(GR)、盐皮质激素受体(MR)、雌激素受体(ER)、孕激素受体(PR)和雄激素受体(AR)等；非类固醇激素受体，如甲状腺激素受体(TR)、视黄醇X受体(RXR)和维生素D3受体(VDR)等；孤儿核受体，也就是至目前为止还没有发现配体的一类核受体成员，如DAX1(NR0B1)、SHP(NR0B2)等。孤儿受体也是吴乔老师实验室的主要研究领域。2.核受体结构典型的核受体由A/B、C、D、E和F(从N末端到C末端)等5个区域组成：N末端结构域(A/B结构域)为转录激活域，是整个蛋白可变性最高的部分，其长度从50个到500个氨基酸不等。这一区域中存在着不依赖与配体的转录激活域AF-1，一般情况下AF-1活性非常微弱，但是它可以增强AF-2对基因的调控作用；C结构域为DNA结合域，是最保守的区域，包括两个锌指结构(HRE)以与特定的DNA序列结合；D结构域是铰链区，起连接DBD和LBD两个结构域的作用，可自由旋转；核定位信号NLS位于C和D之间；E结构域，即配体结合域，同时还可以与辅激活因子及辅抑制因子结合，是最大的结构域，其保守性仅次于DBD。这一区域中存有配体依赖型的转录激活域AF-2。F结构域，也是变化灵活的一个区域，并且有些核受体并不具有这一区域。3.核受体配体及配体结合核受体实际上是配体依赖性转录调节因子，只有与配体结合后才可以在细胞核内调节基因表达而发挥作用。确切地说，配体结合到受体上会导致受体结构的改变，如由弯曲变为伸展等，从而被激活而调控基因的表达(下图为一种配体与受体结合模式)。可以与核受体结合并激活之的配体多为亲脂性的物质，如激素，维生素A和D，等等。核受体调控着大量基因的表达，很多调控机制的正常与否与疾病有关，如雌激素依赖性乳腺癌、雄激素依赖性的前列腺癌的发生与发展。目前近13%的FDA批准用药的靶点分子是核受体，因此用以激活受体的配体对生物机制有重要意义。4.核受体共调节因子或辅因子位于细胞核内，通常不直接与DNA结合，但能与转录因子作用，可在通用转录因子和转录调节因子间起架桥作用，并可改变局部染色质的构象，促进基因的转录。根据共调节因子对转录激活作用的影响，可分为共激活因子与共抑制因子两大类：共激活因子具有组蛋白乙酰化酶的活性或能与HAT结合，HAT能使组蛋白乙酰化，导致缠绕核小体的DNA 解旋，DNA模板裸露，使TF容易与DNA结合，从而促进转录。已知核受体的共激活因子：I.p160/SRC(steroid receptor co-activator)家族：SRC1，SRC2/TIF2，SRC3/ACTR/AIB1II.CBP/p300除了核受体外，还能参与其他多种转录因子（如、NF-B 和AP-1等）的转录激活作用，属于共用的共激活因子。III.P/CAF： CBP/p300连接因子，具有HAT活性。共抑制因子成员有核受体共抑制因子( N-CoR)以及RAR和TR的静息介导子(SMRT)等，能与组蛋白脱乙酰化酶结合，通过后者使组蛋白去乙酰化，从而抑制转录。5.核受体蛋白质修饰蛋白质往往经过修饰才能完成其特定功能，核受体蛋白质的修饰多种多样。泛素化泛素蛋白酶系统是一种特异性高的非溶酶体蛋白溶解系统，它普遍存在于原核生物和真核生物细胞中，是真核细胞内最重要的非溶酶体性的蛋白质溶解系统。其主要功能是降解机体正常强狂下特别是应激状态下产生的异常细胞浆内短寿命蛋白质，包括一些重要的调节蛋白如转录因子、细胞周期调节因子和信号转录因子等。磷酸化在许多蛋白特别是转录因子中都存在磷酸化和去磷酸化作用。转录因子的磷酸化与去磷酸化可能影响I.转录因子从细胞质向细胞核转运或相反；II.转录因子与特异DNA序列的结合；III.调节转录因子的转录激活功能区与其他因子的作用。核受体磷酸化改变了I.核受体与基础转录元件或转录起始复合物之间的亲和力；II.核受体转录活化结构域的空间构象；III.核受体与阻遏蛋白的解离可以促进其与DNA结合；IV.核受体表面的负电荷。例如磷酸化在TNFa对基因进行调控时有如下作用TNFa与受体结合激活IKK磷酸化IkB激活转录因子NF-kB促炎细胞因子(TNFa,IL-1b等)乙酰化蛋白质乙酰化可以维持染色质的开放结构，有利于转录因子与靶DNA结合，从而有利于基因的转录；去乙酰化酶HDACs可移去H3、H4赖氨酸上的乙酰基，使带正电的赖氨酸残基暴露，从而增强与DNA的相互作用；带正电荷的赖氨酸残基与DNA之间的相互作用可限制核小体在DNA之间的移动，使启动子接近转录调控元件，组蛋白低乙酰化使染色质失去转录活性。6.核受体核浆穿梭的机制与调控 以前普遍认为，配体不存在时所有核受体都定位在核内，近年来研究证明，一些核受体特别是GR和PR在配体不存在的情况下能与Hsp70、Hsp90等分子伴侣或热休克蛋白结合而稳定地定位于胞浆。加入配体后一些核受体如ER、AR和GR能够在核浆穿梭，但TR、PR、VDR的核浆穿梭则不依赖于配体。因此，越来越多的研究认为，核受体可能具备在胞浆合成后快速转运入核并且能在核浆之间来回穿梭的特征。 入核机制与调控I.激素配体的调控激素配体加入后，GR、ER、TR等多种核受体都能够在核内形成一种点状分布，说明配体对核受体在细胞内的分布和重组具有重要的调节作用。以GR为例，配体不存在时，GR没有转录活性，它与一些受体结合蛋白结合后大部分定位在胞浆中，小部分存在于核内，这些RAPs包括分子伴侣、亲免蛋白和P23等，它们与GR形成复合物使GR得LBD折叠而处于一种与配体具有高亲和力的状态，并且组织核内GR与DNA结合，糖皮质激素加入后，胞浆GR构象发生变化，与RAPs解离，进而磷酸化或二聚化，暴露被RAPs遮蔽的核定位信号序列，转运入核并结合到糖皮质激素应答元件上，进而募集辅激活因子，从而激活基因转录。GR入核转运依赖于配体，且需要ATP供能，同时，GR的活化对其入核运输时必须的，早期认为受体蛋白与染色体结合后滞留在染色体上知道配体信号撤除。事实上，受体与应答元件的结合时瞬间的，结合的瞬间受体能够募集第二调节因子形成稳定的复合物一起调控基因转录，随后，受体又立即从应答元件上解离，然后再结合、再解离，循环往复，直到配体信号撤除，这种机制称为“Hit and Run”，GR就是以这种机制进行转录调控的。II.结构位点的调控与所有转运蛋白一样，核受体的入核运输必须具备NLS,且NLS种类与数量较多。如GR何AR有2种NLS序列：第一种以NL1为核心的基本序列，类似经典的NLS，连接在DBD的C端和LBD交界处（即铰链区），介导核受体入核并依赖于Importin和Importin，这种NLS也存在于ER和PR等核受体中。第二种NL2不需要Importin和Importin的介导，但却依赖配体的刺激，目前对NL2的研究较少，有人认为NL2是一种想对NL1较弱的输入信号，在不同组织、特殊的细胞周期（如G0期）或者NL1突变试验中用来介导GR缓慢、不完全的入核运输。III.核受体与核受体、核受体与转录因子相互作用的调控不同核受体之间会形成异源二聚体，从而调控核受体的定位及其功能。最典型的例子就是视黄素受体RXR，它是核受体家族的独特成员，能够自身形成同源二聚体或与RAR形成异源二聚体，从而调控其配体视黄素的信号转导。不同的转录辅因子对核受体的核内流动性也有影响。当GFP-ER合受体辅激活因子SRC-1共表达时，ER的流动性就会下降，可能是因为形成了核受体辅激活因子共定位且在蛋白酶体复合物中与其他蛋白质结合可能也是下调核受体转录活性的一种机制。另一种辅激活因子小核指环蛋白能够覆盖AR的NL1区域并与之结合调控AR的核浆分布，在配体不存在的情况下，其使AR更容易转运入核。 出核机制与调控 I.激素配体的调控 配体信号去除后许多核受体如GR能够快速地再与RAPs结合，回复到对配体敏感的状态，然后缓慢地转运回胞浆，此外尽管配体能够很快地从GR上解离，但是GR出核转运通常需要1224h。而且GR这种持续的和定位并没有减少GR的和输出，说明GR能够在核浆之间穿梭。其中的机制还有待进一步研究。 II.分子伴侣的协助调控 在配体信号去除后，核受体形成的转录复合物能够快速地从DNA上解离。Freeman等人提出分子伴侣可能通过促进转录调节复合物的解体而帮助核受体和其他调节因有效地应答激素受体的新号以及其他能够影响核受体的活性、稳定性及细胞内定位的信号波动。 III.结构位点的调控 研究表明GR的出核运输的调控机制包括：N端激活区的调控；DNA结合区的调控；配体结合区的调控。也有研究表明，NLS序列在核受体的穿梭过程中可能兼有和定位信号和核输出信号的双重功能。 核受体核浆穿梭的功能与意义 以上各种核受体核浆穿梭机制的研究表明，没有一种固定的信号机制能够调控所有核受体的核浆转运，存在多种选择性的蛋白质转运途径，核受体核浆穿梭也具有特殊性和选择性。可以说，核浆穿梭时核受体的一种特性，它为核受体提供一种潜能，使它们在细胞信号转导过程中对外界信号产生应答并发挥相应的生物学功能，这一特性可能反映穿梭蛋白的几种功能。7. 核受体与疾病的关系核受体作为一类配体依赖性的转录调节因子，能通过调节基因表达，调控有机体的生殖、生长发育和代谢，参与免疫、炎症反应和药物代谢，在维持机体的稳态中发挥重要作用。已证实它们参与了多种疾病，如雌激素依赖性乳腺癌、雄激素依赖性的前列腺癌的发生与发展。1965年，Toft 首先发现大鼠子宫内有特异性吸附雌激素的物质，称之为雌激素受体(ER)。1967年Jensen等建立了放射配体结合测定的方法，用该法首次证实在人的乳腺癌和子宫癌细胞的胞浆中证实ER的存在。1985年，Hollenberg和Evan首先克隆成功了由777个氨基酸残基组成的糖皮质激素受体(GR)，之后其他核受体也相继克隆成功。 激素不敏感综合征或抵抗征： 核受体的异常可导致靶细胞对相应配体的不敏感或抵抗, 与之相应的疾病主要有：雄激素不敏感综合征（AIS）、 1, 25(OH)2维生素D3受体抵抗性佝偻病、甲状腺激素抵抗征等。雄激素不敏感综合征与雄激素受体（AR）AR异常可以导致雄激素不敏感综合征(AIS）。完全型AIS又称为睾丸女性化综合征（TFM ）。 为遗传性疾病，患者染色体核型为XY， 但外生殖器为女性，无女性内生殖器，腹