磷酸化应激诱导蛋白的研究进展(1)
【摘要】当生物面临各种病理及环境压力胁迫时，细胞内的分子伴侣能够辅助蛋白质的正确折叠。近年来的研究表明，分子伴侣如Hsp70和Hsp90的生物功能的发挥受到各种辅助伴侣分子的调控。磷酸化应激诱导蛋白(stress-inducible protein 1, stip1)是迄今为止研究最为广泛的辅助伴侣分子，它能够直接与Hsp70和Hsp90相结合，并且作为连接体分子，把细胞质中的Hsp70-client蛋白复合物转运到Hsp90上。更为重要的是，stip1与多种癌症、衰老及雄性生殖关系密切，它可能参与了生物体内复杂的信号调控通路。本文将对stip1的发现、结构特点及生物学功能做一概述。
【关键词】磷酸化应激诱导蛋白；胁迫；分子伴侣
Update of the studies on stress-inducible protein 1 LI Yan , LI Jian-yuan.Yantai Yuhuangding Hospital, Yantai 264000,China
【Abstract】Molecular chaperones facilitate the correct folding of other proteins under various physiological and stress conditions. Recent studies have revealed that various co-chaperone proteins can regulate the cellular functions of chaperones, such as Hsp70 and Hsp90. Stress-inducible protein 1 (stip1) is one of the most extensively studied co-chaperones which associates with Hsp70 and Hsp90 directly and thus functions primarily as an adaptor to direct Hsp90 to Hsp70-client protein complexes in the cytoplasm. More importantly, stip1 is also closely related to various cancers, aging and male reproduction, suggesting that it may participate in complicated signal regulation pathway. This review will summarize the discovery, structure characteristics as well as biological functions of stip1.
【Key words】Stress-inducible protein 1; Stress;Chaperone
当生物面临各种病理及环境压力胁迫时，细胞内会产生一系列胁迫信号，从而导致基因表达、蛋白定位以及转录后修饰的改变[1]。通常来说在细胞受到胁迫时，蛋白质合成被抑制，然而热击蛋白 (heat shock proteins, Hsps) 在转录和翻译水平上被迅速上调[2]，从而保护细胞免受胁迫影响[3]。其中，研究最为广泛的Hsp为Hsp70和Hsp90。 在研究Hsp70、Hsp90分子伴侣机制的过程中，研究人员发现了许多辅助伴侣分子，如磷酸化应激诱导蛋白(stress-inducible protein 1, stip1)等[4]。本文将就stip1发现、结构特点及生物学功能做一概述。
1磷酸化应激诱导蛋白的发现
当研究人员在酿酒酵母中寻找影响热击基因表达的反式作用因子时首次发现了磷酸化应激诱导蛋白的基因-STI1 [5]。Nicolet和Craig发现，当把酿酒酵母从正常培养温度23 ℃转到39 ℃后，Northern blot可以检测到STI1 mRNA表达水平明显上调。在含有STI1多拷贝质粒的酿酒酵母中同样可以观察到其mRNA水平的上调，氨基酸类似物刀豆氨酸也可以诱导STI1 mRNA水平上调。相反，当酵母受到低温胁迫后，STI1 mRNA水平并未发生改变。在很多生物中，乙醇是热激反应的有效诱导因子。然而当把酵母用10%乙醇处理后，STI1 mRNA水平反而降低。STI1基因编码的mRNA约为2.0 kb，其蛋白质产物约为66.2 kDa。随后，其同源物也在其他真核生物中发现，如人、小鼠、兔、鸡输卵管和大豆。但是在不同的生物中，sti1蛋白有着不同的命名，如Hsp70、Hsp90-organizing protein (hop)，P60，NY-REN-11 antigen，STI1L，stress-induced phosphoprotein 1 (stip1) 等，其中最常用的名字为hop和stip1。人染色体11q13.1编码一个Hop基因拷贝，含有14个外显子。有趣的是，Hop基因与Hsp40同源物相邻，并且与许多癌症相关基因相邻。在人X染色体上有一个Hop假基因，其序列与不含有内含子的Hop基因高度相似，但是该假基因没有蛋白质编码功能。
2磷酸化应激诱导蛋白的序列特征
生物信息学分析表明，在真核生物中，stip1的氨基酸序列高度保守，并且含有9个三角形四肽重复序列，即TPR。人体内某些蛋白质如蛋白磷酸酶5(PP5)、免疫亲和素(FKBP51、FKBP52和Cyp40)、细胞周期蛋白(cdc基因)、热应激蛋白70和90 (Hsp70、Hsp90) 等也含有类似序列的结构域。这些TPR序列折叠成三个高度保守的TPR结构域-TPR1，TPR2A和TPR2B [6,7]。螺旋-转角-螺旋的TPR结构域折叠成两性分子通道或者结合沟，从而与靶蛋白Hsp70和Hsp90互补区域相互作用。晶体学研究结果表明，stip1的N端TPR1结构域与Hsp70 C端PTIEEVD序列相互作用，而C端TPR2A结构域与Hsp90的C端MEEVD序列相互作用，从而形成Hsp70.stip1.Hsp90复合物。
3磷酸化应激诱导蛋白的生物学功能
3.1Hsp70和Hsp90的连接体磷酸化应激诱导蛋白主要的生物学功能是作为热击蛋白Hsp70和Hsp90的连接体分子。在细胞中，磷酸化应激诱导蛋白与Hsp70和Hsp90结合成复合物，该复合物在折叠各种转录因子和激酶 (包括致癌性蛋白和朊病毒) 的过程中，可以调节Hsp70和Hsp90在功能上相互协作。此外，stip1蛋白还与其它蛋白质复合物相互作用，表明它也许参与了更多的生物学通路，如转录、蛋白质折叠及转运、病毒复制、信号转导及细胞分裂等 [8]。近年来的研究结果表明，磷酸化应激诱导蛋白也参与肿瘤细胞的发育、胁迫反应、甾类激素的生成以及细胞的分化和增殖。
3.2磷酸化应激诱导蛋白与癌症2007年Erlich等[9]发现，磷酸化应激诱导蛋白可以通过MAPK和PI3K信号通路促进成胶质细胞瘤的增殖。Western杂交和免疫细胞化学的研究结果表明，人成胶质细胞瘤A172表达磷酸化应激诱导蛋白stip1。在细胞培养基中可以检测到stip1，并且可以被免疫沉淀下来，但是在免疫沉淀后的细胞培养基中没有stip1，这些结果表明stip1是由A172成胶质细胞瘤分泌的。用重组的stpi1蛋白处理A172细胞，然后检测[3H]-胸腺嘧啶的掺入率，结果发现与对照组细胞相比，胸腺嘧啶的掺入率明显上调，这表明stip1蛋白可以诱导A172细胞的增殖。以往的研究结果表明，MAPK和PI3K信号通路与细胞增殖密切相关，并且在癌细胞中通常是失调的。为了研究MAPK和PI3K信号通路是否参与了stip1诱导的细胞增殖，笔者分别把MAPK和PI3K信号通路的特异性阻断剂-U0126 (Erk激活酶MEK的抑制剂) 和LY294002加入到stip1处理的A172细胞，结果发现，U0126和LY294002能够完全抑制stip1诱导的细胞增殖。该结果预示着MAPK和PI3K信号通路也许参与了stip1诱导的细胞增殖过程。Western杂交结果表明，与对照组细胞相比，重组的stip1能够诱导Erk和Akt磷酸化水平的上调，但是U0126和LY294002能够分别抑制Erk和Akt磷酸化水平，进一步证实了MAPK和PI3K通路在stip1诱导的细胞增殖过程中的作用。此外笔者发现，stip1能够促进其他的成胶质细胞瘤增殖，如C6和U87，但是不能够诱导乳腺癌细胞和正常星形胶质细胞的增殖，表明stip1仅对成胶质细胞瘤的增殖有着促进作用。, 百拇医药(李岩 李建远)
【关键词】磷酸化应激诱导蛋白；胁迫；分子伴侣
Update of the studies on stress-inducible protein 1 LI Yan , LI Jian-yuan.Yantai Yuhuangding Hospital, Yantai 264000,China
【Abstract】Molecular chaperones facilitate the correct folding of other proteins under various physiological and stress conditions. Recent studies have revealed that various co-chaperone proteins can regulate the cellular functions of chaperones, such as Hsp70 and Hsp90. Stress-inducible protein 1 (stip1) is one of the most extensively studied co-chaperones which associates with Hsp70 and Hsp90 directly and thus functions primarily as an adaptor to direct Hsp90 to Hsp70-client protein complexes in the cytoplasm. More importantly, stip1 is also closely related to various cancers, aging and male reproduction, suggesting that it may participate in complicated signal regulation pathway. This review will summarize the discovery, structure characteristics as well as biological functions of stip1.
【Key words】Stress-inducible protein 1; Stress;Chaperone
当生物面临各种病理及环境压力胁迫时，细胞内会产生一系列胁迫信号，从而导致基因表达、蛋白定位以及转录后修饰的改变[1]。通常来说在细胞受到胁迫时，蛋白质合成被抑制，然而热击蛋白 (heat shock proteins, Hsps) 在转录和翻译水平上被迅速上调[2]，从而保护细胞免受胁迫影响[3]。其中，研究最为广泛的Hsp为Hsp70和Hsp90。 在研究Hsp70、Hsp90分子伴侣机制的过程中，研究人员发现了许多辅助伴侣分子，如磷酸化应激诱导蛋白(stress-inducible protein 1, stip1)等[4]。本文将就stip1发现、结构特点及生物学功能做一概述。
1磷酸化应激诱导蛋白的发现
当研究人员在酿酒酵母中寻找影响热击基因表达的反式作用因子时首次发现了磷酸化应激诱导蛋白的基因-STI1 [5]。Nicolet和Craig发现，当把酿酒酵母从正常培养温度23 ℃转到39 ℃后，Northern blot可以检测到STI1 mRNA表达水平明显上调。在含有STI1多拷贝质粒的酿酒酵母中同样可以观察到其mRNA水平的上调，氨基酸类似物刀豆氨酸也可以诱导STI1 mRNA水平上调。相反，当酵母受到低温胁迫后，STI1 mRNA水平并未发生改变。在很多生物中，乙醇是热激反应的有效诱导因子。然而当把酵母用10%乙醇处理后，STI1 mRNA水平反而降低。STI1基因编码的mRNA约为2.0 kb，其蛋白质产物约为66.2 kDa。随后，其同源物也在其他真核生物中发现，如人、小鼠、兔、鸡输卵管和大豆。但是在不同的生物中，sti1蛋白有着不同的命名，如Hsp70、Hsp90-organizing protein (hop)，P60，NY-REN-11 antigen，STI1L，stress-induced phosphoprotein 1 (stip1) 等，其中最常用的名字为hop和stip1。人染色体11q13.1编码一个Hop基因拷贝，含有14个外显子。有趣的是，Hop基因与Hsp40同源物相邻，并且与许多癌症相关基因相邻。在人X染色体上有一个Hop假基因，其序列与不含有内含子的Hop基因高度相似，但是该假基因没有蛋白质编码功能。
2磷酸化应激诱导蛋白的序列特征
生物信息学分析表明，在真核生物中，stip1的氨基酸序列高度保守，并且含有9个三角形四肽重复序列，即TPR。人体内某些蛋白质如蛋白磷酸酶5(PP5)、免疫亲和素(FKBP51、FKBP52和Cyp40)、细胞周期蛋白(cdc基因)、热应激蛋白70和90 (Hsp70、Hsp90) 等也含有类似序列的结构域。这些TPR序列折叠成三个高度保守的TPR结构域-TPR1，TPR2A和TPR2B [6,7]。螺旋-转角-螺旋的TPR结构域折叠成两性分子通道或者结合沟，从而与靶蛋白Hsp70和Hsp90互补区域相互作用。晶体学研究结果表明，stip1的N端TPR1结构域与Hsp70 C端PTIEEVD序列相互作用，而C端TPR2A结构域与Hsp90的C端MEEVD序列相互作用，从而形成Hsp70.stip1.Hsp90复合物。
3磷酸化应激诱导蛋白的生物学功能
3.1Hsp70和Hsp90的连接体磷酸化应激诱导蛋白主要的生物学功能是作为热击蛋白Hsp70和Hsp90的连接体分子。在细胞中，磷酸化应激诱导蛋白与Hsp70和Hsp90结合成复合物，该复合物在折叠各种转录因子和激酶 (包括致癌性蛋白和朊病毒) 的过程中，可以调节Hsp70和Hsp90在功能上相互协作。此外，stip1蛋白还与其它蛋白质复合物相互作用，表明它也许参与了更多的生物学通路，如转录、蛋白质折叠及转运、病毒复制、信号转导及细胞分裂等 [8]。近年来的研究结果表明，磷酸化应激诱导蛋白也参与肿瘤细胞的发育、胁迫反应、甾类激素的生成以及细胞的分化和增殖。
3.2磷酸化应激诱导蛋白与癌症2007年Erlich等[9]发现，磷酸化应激诱导蛋白可以通过MAPK和PI3K信号通路促进成胶质细胞瘤的增殖。Western杂交和免疫细胞化学的研究结果表明，人成胶质细胞瘤A172表达磷酸化应激诱导蛋白stip1。在细胞培养基中可以检测到stip1，并且可以被免疫沉淀下来，但是在免疫沉淀后的细胞培养基中没有stip1，这些结果表明stip1是由A172成胶质细胞瘤分泌的。用重组的stpi1蛋白处理A172细胞，然后检测[3H]-胸腺嘧啶的掺入率，结果发现与对照组细胞相比，胸腺嘧啶的掺入率明显上调，这表明stip1蛋白可以诱导A172细胞的增殖。以往的研究结果表明，MAPK和PI3K信号通路与细胞增殖密切相关，并且在癌细胞中通常是失调的。为了研究MAPK和PI3K信号通路是否参与了stip1诱导的细胞增殖，笔者分别把MAPK和PI3K信号通路的特异性阻断剂-U0126 (Erk激活酶MEK的抑制剂) 和LY294002加入到stip1处理的A172细胞，结果发现，U0126和LY294002能够完全抑制stip1诱导的细胞增殖。该结果预示着MAPK和PI3K信号通路也许参与了stip1诱导的细胞增殖过程。Western杂交结果表明，与对照组细胞相比，重组的stip1能够诱导Erk和Akt磷酸化水平的上调，但是U0126和LY294002能够分别抑制Erk和Akt磷酸化水平，进一步证实了MAPK和PI3K通路在stip1诱导的细胞增殖过程中的作用。此外笔者发现，stip1能够促进其他的成胶质细胞瘤增殖，如C6和U87，但是不能够诱导乳腺癌细胞和正常星形胶质细胞的增殖，表明stip1仅对成胶质细胞瘤的增殖有着促进作用。, 百拇医药(李岩 李建远)