Zn2+和金属硫蛋白在细胞内表达的关系【高级课件】

1、Zn2+和金属硫蛋白在细胞内表达的关系,1,精制课件,MRE：金属反应元件 MT ：金属硫蛋白 apo-MT:金属硫蛋白前体物 SH ：巯基 NLS：核定位序列 PKC：蛋白激酶C MTF-1 :金属转录因子 apo-MTF-1:无活性的金属转录因子 JNK：c-Jun氮端激酶 -TGCRCNC-：MRE核心区域共有序列,主要英文缩写符号说明,2,精制课件,报告内容,3,精制课件,一前言,4,精制课件,参考文献： Andrews，1990； Toriumi等, 2005 ；Quaife等，1994,1957年Margoshes,Vallee首次在马的肾脏中发现MT ，到目前为止共发现170多种

2、MT分子，包括MT-1MT-4的四种基因类型。 （Sundar等，2006）,5,精制课件,Zn2+,MT在细胞内表达,锌是动物必需的一种微量元素，它能与DNA或者其他蛋白质相互作用，在所有锌依赖的酶和组织蛋白中发挥重要的催化和结构功能（Gaither等，2001）.,6,精制课件,二MT的结构,7,精制课件,MT一般是由60一68个氨基酸残基组成的多肽单链分子中含有大量巯基，但不存在二硫键，在自然条件下，所有的巯基均与金属离子结合（Binz等，1999）,MT的一级结构,8,精制课件,MT的空间结构,9,精制课件,MT分子中没有-螺旋和-折叠肽段，一分子的MT可以结合7个Zn或Cd(Mich

3、alska等，1996）。在MT分子中，每三个硫基与一个金属离子形成复合物（Hamor ，1986)。,图3 老鼠MT-2分子的三维结构模型图,10,精制课件,三、Zn2+和MT在细胞内的表达,11,精制课件,3.1 外源性添加锌诱导MT的表达,12,精制课件,MT是胞内数量最多的锌结合蛋白,对Zn2+有很高的亲和性，Zn-MT在基因表达和信号传递等过程中发挥重要作用（Satoh,等 1999)。,说明细胞中Zn2+浓度的升高能够引起MT的表达。,3.2 外源性诱导胞内Zn2+浓度升高引起MT的表达,13,精制课件,研究表明：细胞中加入外源性诱导剂，如NO,H2O2，重金属离子也会引起MT的表

4、达，而这种诱导都是通过释放MT中的Zn2+实现。,这几种外源性诱导剂诱导细胞内Zn2+浓度的升高，其作用方式是否相同？,？,14,精制课件,3.2.1 NO诱导MT中的Zn2+释放引起MT的表达,表明内源性和外源性NO均可以诱导细胞内MT的表达。,15,精制课件,Zn-MT结构是半胱氨酸配基诱导MT氧化还原反应的化学基础（Maret,1998）,表明NO破坏了Zn-S结构，使Zn2+从MT中释放出来进入胞质中。,16,精制课件,表明：NO置换了MT中的Zn2+，引起其中的Zn2+释放进入细胞质。,17,精制课件,3.2.2 H2O2诱导MT中Zn2+释放引起MT的表达,细胞中MT以不含有Zn2

5、+的apo-MT形式存在时，H2O2不能诱导MT基因的表达（Zhang等，2003）。,说明H2O2诱导MT的表达对Zn2+可能具有依赖性。,18,精制课件,说明Cu2+,Cd2+诱导MT在胞内的表达可能和Zn2+有关。,3.2.3 重金属离子诱导MT中的Zn2+引起MT的表达,研究发现，使用apo-MT处理过量的Cu2+和Cd2+时，均不能诱导细胞中MT-1基因的表达(Zhang等，2003） 。,19,精制课件,表明Cu2+,Cd2+诱导MT的表达，也是通过置换其中的Zn2+引起。,哺乳动物的MT主要结合胞内的Zn2+（Kagi ，1991），在Cu2+和Cd2+过载的情况下，Zn2+可以

6、被很容易的取代（Shaw等， 1991）。,20,精制课件,细胞中的Zn2+是怎样诱导MT在胞内表达的呢？,？,21,精制课件,四、Zn2+介导MT在细胞内表达的机制,22,精制课件,MTF-1是结合在MREs的功能区域发挥其作用（Koizumi，1999）,MTF-1是Cys2-His2家族的一个锌指转录因子（Radtke，1993），也是基础条件和重金属诱导下，MT表达所必需的（Heuchel等，1994）,MRE是一个12bp短序列，它是MTF-1在DNA序列上的一个结合点，金属离子的应答性反应依赖于MRE序列（Cizewski等，1989）。,23,精制课件,4.1 Zn2+和MTF-

7、1在胞质中的激活,说明，Zn2+引起了MTF-1在细胞质中的激活过程，并且其激活过程是发生在MTF-1从细胞质向细胞核的核转运过程中。,24,精制课件,表明MTF-1在胞内的激活过程是由Zn2+引起，其他金属离子诱导细胞质中MTF-1的激活也是依赖于其中的Zn2+的作用。,25,精制课件,老鼠MTF-1蛋白由675个氨基酸组成，包括一个含有6个Cys2-His2的锌指DNA结合区域（图b)和三个转录激活区域(图c)（Radtke等，1993），以及假定的核定位序列（NLS）和核输出序列（NES)(图a,c)(Saydam，2001),MTF-1的区域结构,26,精制课件,这说明锌指F1-F6可

8、能具有不同的功能性质。,Chen（1998）CD分析MTF-1的F1-F6锌指结构发现其在222nm处具有相同的A值，而与Zn2+在其锌指半胱氨酸上的结合位置无关！,27,精制课件,图21 MTF-1锌指缺失后与DNA结合的活性,研究表明：存在两种锌依赖的激活MTF-1的现象。,现象1：MTF-1的激活主要依赖于锌指F1,而不是F5,F6。,28,精制课件,图23 缺失锌指F1，F5-6的 MTF-1,短暂转染老鼠纤维母细胞（MTF-1-/-)后的功能,说明锌指F1可能作为激活细胞质中的apo-MTF-1的一个功能锌指，而锌指F5,F6则是作为MTF-1的结构锌指，参与MTF-1的结构组成。,

9、29,精制课件,现象2：MTF-1的激活主要依赖于锌指F5,F6,而不是F1。,说明MTF-1的锌指F5,F6对锌的亲和能力要强于锌指F1-F4.因此F5,F6可能是作为MTF-1的功能锌指，而F1-F4是作为结构锌指。,30,精制课件,（资料来源：Chen等，1998）,模型A：Zn2+结合在弱Zn2+结合区域（F5,F6),导致分子内变构激活MTF-1。,图27：Zn2+激活MTF-1的两种模型：,Zn2+激活MTF-1的两种模型：,31,精制课件,Zn2+能够加速MTF-1向细胞核的转运过程（Smirnova，2000）,4.2 Zn2+和MTF-1的核定位,32,精制课件,33,精制课

10、件,表明：锌指F1单独存在可能并不影响MTF-1的核定位，MTF-1的核定位过程可能还依赖于其分子上其他功能区域的作用。,Bitter(2000)研究发现，MTF-1中的锌指F1对于MTF-1与DNA的结合活性有很重要的作用，而不是F2-F6的作用。,34,精制课件,表明：丙酮酸激酶（myc-pk)的核定位是依赖于MTF-1上面的NLS序列以及其锌指F1-F3共同的作用。,35,精制课件,表明：人的MTF-1的氨基酸133-226序列是其核定位必须的，因此，MTF-1上的NLS序列和其锌指F1-F3一起作为MTF-1核定位的新的功能序列SNAIL1。,36,精制课件,资料来源：（Saydam，

11、 2001）,图35 各种应激处理的MTF-1转录激活,4.3 Zn2+和MTF-1的磷酸化,37,精制课件,MTF-1的活性可能和其磷酸化有关（Bittel，1998），其磷酸化发生在核转运过程中（Saydam，2002)，Zn2+能够诱导MTF-1的磷酸化（Adams，2000）,38,精制课件,说明：Zn2+诱导了MTF-1结构中的丝氨酸和苏氨酸富集区域的磷酸化，并且，细胞质中存在一定量磷酸化的MTF-1，Zn2+的加入，诱导了更多MTF-1的磷酸化。,39,精制课件,图39 金属离子激活老鼠L细胞的JNK和PKC,说明：Zn2+是通过激活PKC,PI3K,JNK三种激酶的活性，最后引起

12、MT-1基因的表达。,40,精制课件,说明：PKC的抑制剂可以抑制Zn2+诱导下，MT-1和MRE的表达，但是不抑制MT-1和MRE在细胞质中的基础水平的表达。,41,精制课件,表明：MTF-1的磷酸化是MT表达所必须的，其可能与Zn2+诱导MT-1表达过程中的PKC,JNK等几种酶的激活有关，而Zn2+是通过刺激MTF-1信号转导途径中的这几种激酶，最后引起MT基因的表达。,42,精制课件,说明：Zn2+激活的MT基因的转录可能是受到去磷酸化的MTF-1的调节。可能原因是，Zn2+诱导磷酸化的MTF-1进入细胞核，而特异的残基去磷酸化，最后激活MT基因的转录。,43,精制课件,六结语,44,

13、精制课件,1.外源性添加Zn2+能够诱导细胞内MT的表达。 2.外源性诱导剂NO，H2O2以及重金属离子诱导MT在细 胞内的表达依赖于MT中Zn2+的作用。 3.Zn2+诱导MT在细胞内的表达分为三个过程： 第一，Zn2+与MTF-1的锌指结合；第二，Zn2+通过PKC等 几种酶诱导MTF-1的磷酸化；第三，Zn2+介导活性的 MTF-1进入细胞核，最后活性的MTF-1与MRE结合，启动 MT的转录发生。,45,精制课件,七，参考文献,46,精制课件,Aravindakumar,C.T.,Ceulemans,J.,De Ley,M.,1999.Nitric oxide induces Zn2+

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