AP-1 and MAPK.doc

激活子蛋白-1（activator protein 1, AP-1）由c-jun蛋白和c-fos蛋白家族成员组成,是细胞内归属于bZIP类DNA结合蛋白的一种重要的转录因子。c-jun蛋白家族和c-fos蛋白家族成员之间相互作用而形成多种形式的同源二聚体或异源二聚体AP- 1，存在于多种细胞中,可被激素、生长因子、细胞因子、神经介质、热休克、电休克、紫外线、氧应激、以及过表达的癌基因等多种刺激所诱导。活化的AP-1能调控许多因子如IL-1、TNF-、IL-6、IL-8、MIP-1、MCP-1、ICAM-1、VCAM-1和Pascel等基因的表达，被誉为细胞内信号传导的第三信使,启动基因转录的分子开关,在细胞增殖，分化，凋亡，胚胎发育，炎症及其它病理过程中起着重要作用。另据报道，学习、记忆及神经发育等均与AP-1蛋白表达有关。一、AP-1的组成AP-1由c-jun蛋白（5.5kD）家族和c-fos蛋白(3.9kD)家族成员组成, c-jun蛋白家族成员含c-jun、jun B和junD, c-fos蛋白家族成员包括c-fos、fos B、foral和fraz。fos和jun两种蛋白家族成员的氨基酸序列中均存在着若干个周期性的亮氨酸并具有螺旋结构,因而彼此之间可通过LZ形式，以1:1的比例构成同源二聚体或异源二聚体复合物。其中，jun蛋白家族可形成同源二聚体或异源二聚体，而fos蛋白家族间不能形成同源二聚体，但能与jun蛋白家族形成稳定的异源二聚体，且较jun蛋白家族形成的同源二聚体具有更高的DNA结合活性。因此，在大多数细胞中AP-1的主要形式为c-fos/c-jun异源二聚体。AP-1可作用于靶基因启动子上的AP-1结合位点,即佛波酯(12-tetra-decanoyl-phorbol-13-acetate, TPA)反应组件(其序列是5-TGACTCA- 3)，调控靶基因的转录。此外，jun与fos家族成员还能与其它的转录因子家族如CREB/ATF, NFAT, ETS, NF-B及细胞核激素受体结合而发挥作用。值得指出，不同的AP-1二聚体的活性呈现差异，例如fos/junD二聚体与靶基因启动子上AP-1结合位点的结合力明显高于fos/junB二聚体,这可能影响靶基因的转录速率，导致不同的生物学效应。二、AP-1的信号转导AP-1的活性除了经MAPK信号转导通路的磷酸化调控外,其它一些蛋白激酶如PKC和蛋白酪氨酸激酶亦可以调节活化AP-1。（一）c-fos的激活c-fos基因启动子区主要由3个转录调控组件-cAMP反应组件(cAMP response element, CRE)、血清反应组件(serum response element, SRE)及sis诱导组件(sis inducible element, SIE)所组成。因此，c-fos-CRE, c-fos-SRE及c-fos -SIE的活性变化直接与c-fos基因的表达有关，从而影响AP-1的激活。c-fos-CRE与CRE结合蛋白(CREB)及部分相关的转录因子结合。蛋白激酶能磷酸化CREB的133位丝氨酸,导致CREB的活化。活化的CREB与其结合蛋白CBP结合,后者可能介导CREB与基本转录组件的作用。钙调素依赖蛋白激酶(CaMK-4)可使CREB的133位丝氨酸磷酸化而活化;而CaMK-2可同时磷酸化CREB的133位丝氨酸和另一位点的丝氨酸,从而阻滞CREB的活化。在生长因子刺激下, Ras依赖蛋白可以对CREB进行磷酸化。c-fos-SRE与血清反应因子(serum response factor,SRF)和募集三元复合物因子(ternary complex factor, TCF)结合形成三元复合物。TCF蛋白属于DNA结合蛋白的ETS区域家族,后者由Elk-1、SAP1和SAP2 /NET/ERP等组成。因此，至少存在SRE/SRF/Elk-1和SRE/SRF/SAP1等三元复合物形式。Elk-1羧基端的数个氨基酸位点可以分别被ERK、JNK及P38 MAPK磷酸化而活化，SAP1亦可以被ERK与P38蛋白激酶磷酸化而活化，由此促进SRE/SRF/Elk-1和SRE/SRF/SAP1三元复合物的形成，从而提高c-fos基因的转录，最终活化AP-1(图6-5)。c-fos-SIE可与转录因子STAT1和STAT3的复合物结合。研究表明,集落刺激因子-1（CSF-1）与血小板源性生长因子(PDGF)可以激活Ras,Ras依赖的信号通路直接参与c-fos启动子中STAT的活化，故而促进c-fos基因的转录；ERK蛋白激酶可使转录因子STAT1和STAT3的丝氨酸发生磷酸化,提高STAT1和STAT3功能活性；在TPA、生长因子、CSF1、PDGF等的刺激下,c-fos SIE与SRE协同作用可诱导c-fos基因的表达，促进AP1活化。此外，c-fos调节激酶(FRK)通过依赖于Ras途径的刺激(如生长因子)被激活，然后经磷酸化活化c-fos。（二）c-jun的激活c-jun启动子的转录反应主要由jun1与jun2介导,它们与c-jun和ATF2的二聚体结合。JNK蛋白激酶可以对c-jun氨基端转录活化域的两个氨基酸位点Ser63与Ser73进行磷酸化,该作用与CBP的募集反应有关。CBP通过磷酸化反应与c-jun氨基末端的激活域结合,并将c-jun的磷酸化激活域与基本转录组件(basal transcription element or machinery)连接起来,从而提高它们的转录能力;而38蛋白激酶对c-jun无活化作用。另有结果显示，细胞内cAMP、PKC及甘油二酯等均可作用于c-fos、c-jun基因的不同序列,如血清反应序列、cAMP反应区或钙反应区,加速它们的转录,从而活化AP-1。其中，PKC的活化依赖于Ca2+和磷脂代谢中间产物二酰基甘油(DAG)的存在,从胞浆中移位到胞膜上而激活,这在跨膜信号转导中起重要作用。（三）AP-1的生物学功能在应激因素如缺血、缺氧、高张力、炎性因子（TNF-、IL-1）等刺激下,通过MAPK信号转导途径的磷酸化和其它一些蛋白激酶如PKC和酪氨酸激酶的作用，使c-fos和c-jun激活,AP-1活化。体外实验证实，活化的AP-1可与IL-1、IL-6、IL-8、TNF-、MIP-1、MCP-1、ICAM-1、VCAM-1和iNOS等基因的启动子上AP-1位点结合，调节它们的表达，从而参与了应激、炎症、休克、心肌肥大、心力衰竭等多种病理过程。已发现，AP-1的组成组件c-jun基因缺陷可导致小鼠在胚胎发育中、晚期死亡。当AP-1的组成组件c-fos基因缺陷时，小鼠骨骼和造血系统出现明显异常,但如果c-fos基因过度表达，则导致小鼠骨肉瘤和软骨肉瘤的发生。事实上，定位于细胞核的转录因子AP-