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1、21MCPIP 1 蛋白质结构、功能的研究进展摘要ZC3H12A 是免疫系统中的一个重要基因，其编码的蛋白质 ZC3H12A/MCPIP 1 在免疫相关疾病，尤其是自身免疫病和炎症反应中发挥重要的抑制效应。ZC3H12A 的表达能够被多种炎症相关细胞因子所诱导。近来的研究报道，MCPIP 1 具有转录因子、RNA 酶、去泛素化酶等作用，其在调控基因转录、mRNA 降解、多聚泛素链的去除、细胞凋亡、细胞自噬、炎症抑制、细胞分化、血管生成等方面都有重要作用。基因敲除小鼠患有严重的高免疫球蛋白血症、淋巴结肿大、浆细胞和记忆细胞的积聚及自身抗体的大量产生等免疫功能紊乱疾病。本文较为系统地阐述了 ZC3
2、H12A 基因的克隆、MCPIP 1 蛋白的结构及功能，从时间的维度观其主要研究历程，以及对免疫系统的重要影响。大体上浅析了 MCPIP 1 从其发现至今的探索情况。【关键词】 ZC3H12A Zc3h12a MCPIP 1 RNA 酶 凋亡 去泛素化酶221 简介ZC3H12A/MCPIP 是一种锌指蛋白。它的全名是具有 CCCH 锌指结构域的蛋白质12A（Zinc finger CCCH domain-containing protein 12A） ，简称 ZC3H12A1，又称 MCP-1诱导蛋白（MCP1-induced protein，MCPIP 1）2。MPCIP 的编码基因是 Z
3、C3H12A，它属于 ZC3H12 基因家族，该家族中共有 4 个成员，分别编号为ZC3H12A、ZC3H12B、ZC3H12C、ZC3H12D1。此家族保守性很强，在很多物种（包括果蝇、秀丽线虫、小鼠和大鼠等）中都有发现其同源序列1。MCPIP 1 最初被发现于经MCP-1 处理的人外周血单核细胞中2，而后又在经 IL-1 刺激的人单核细胞来源的巨噬细胞中被发现3。在 TNF、MCP-1 、IL-1 或 LPS 等细胞因子的作用下，该基因的转录水平被显著激活1, 2, 3, 4, 5, 6。同时，具有 CCCH 锌指结构的蛋白质在巨噬细胞相关的器官（如胸腺、脾脏、肺、小肠和脂肪组织等）中表达
4、水平很高6。对于 Zc3h12a 基因敲除小鼠的表型分析表明4, 7，该基因的缺陷与自身免疫疾病的发生相关，在炎症相关的生理和病理过程中具有重要意义。 克隆发现该基因的发现单核细胞趋化蛋白质 1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1)，它能够招募并激活单核/巨噬细胞，是使单核/巨噬细胞迁移的主要趋化因子。MCP-1 与靶细胞膜上的 CCR2结合，启动了一系列的信号通路，导致单核/巨噬细胞向 MCP1 高浓度处趋化性迁移8，9。用 MCP-1 刺激人外周血单核细胞后，提取细胞内的总 mRNA。将测序结果与基因注释数据库中的数据进行序列比对后发现了一些未
5、被注释的基因。其中表达差异最显著的一个基因是目前未知功能的基因，在 EST 数据库中查找到了与之相对应的序列，同时在GeneBank 数据库中查找到了对应的人 cDNA 克隆。 （GeneBank 序列号 AW206332）研究者将它命名为人 MCP1 诱导蛋白（ MCP-induced protein， MCPIP 1）2。对蛋白质序列分析发现，MCPIP 1 有 599 个氨基酸，分子质量约为 65.8kD，有两个脯氨酸富集区，一个核定位序列，和一个 CCCH 锌指结构域 2。而后发现其序列中还存在一个 PIN 结构域4 和一个泛素结合结构域7。由于该蛋白质具有 CCCH 锌指结构域，因而
6、被命名为具有 CCCH 锌指结构域的蛋白质 12a（ZC3H12A ）1 。序列比对发现，人MCPIP 1 与小鼠中的同源蛋白质的氨基酸组成有 82%的相似度，cDNA 的核苷酸序列组成23有 80%的相似度2。该基因家族的发现将 MCPIP1 蛋白质序列输入 GeneBank 数据库，在人中查找到另外 3 个与之相似度很高的序列。研究者将它们归属于同一家族，分别命名为MCPIP1、MCPIP2、MCPIP3、MCPIP4，其相对应的基因分别被命名为 ZC3H12A (位于染色体 1p34.3)、ZC3H12B(位于染色体 Xq12)、ZC3H12C (位于染色体 1q22.3)，以及ZC3H
7、12D(位于染色体 6q25.1)。这一家族的成员间的共同特点为，它们都含有一个 CCCH型锌指结构。同时，在小鼠中也发现了这四个基因的同源基因1。基因与蛋白质概况基因定位通过对基因组序列比对分析，ZC3H12A 位于人染色体 1p35.3-p33 上，Zc3h12a 位于小鼠4 号染色体上。基因结构ZC3H12A 的大小约为 9860 bp，有 6 个外显子。第一个外显子是非编码序列，转录从第二个外显子开始。启动子位于该基因上游-7660bp，具有一个 Elk-1 结合位点和一个 SRF 结合位点10。增强子位于第二个内含子中，具有 4 个 NF-kB 结合位点5。该基因上有 61个已被描述
8、的 SNP。在这些 SNP 中，11 个是非同义的 SNP，其中 1 个位于启动子中，2个位于第二个内含子上的增强子中。在这 11 个非同义 SNP 中，有 2 个是标签 SNP。蛋白质结构ZC3H12A 编码的蛋白质 MCPIP 1 有 599 个氨基酸，其分子质量为 65.8 kd。对 MCPIP 1的序列分析表明，该蛋白质中含有 CCCH 锌指结构域（能够介导蛋白质与核酸的作用） 、核定位序列、脯氨酸富集区（介导蛋白质与蛋白质的相互作用） 、PIN 结构域（具有 RNA酶活性） 、以及泛素结合结构域等。这些特征性序列模体为 MCPIP 1 功能的研究指明了方向。通过同源性分析，研究者在小
9、鼠基因组中发现了与 MCPIP 1 同源的基因序列。在核苷酸水平上它们的相似度有 80%,在蛋白质水平上它们的相似度有 82%。通过序列比对分析发现，MCPIP 家族在进化上有很高的保守性，在很多动物中（包括果蝇、秀丽线虫、小鼠、大鼠）都存在与该家族成员高度同源的 cDNA 序列1。24CCCH 锌指结构域CCCH 结构是锌指的一种类型，主要的作用是结合 RNA6, 11, 12，调控 mRNA 的加工。哺乳动物有 1%的基因编码锌指蛋白13。目前所知，共有至少 14 种锌指，CCHH 型和CCCC 型锌指较为常见， CCCH 型锌指较少见，只占锌指蛋白的约 0.8% 11, 12, 14。C
10、CCH 锌指结构由 17 到 25 个氨基酸组成。CCCH 蛋白的特点是包含 1 到 6 个 CCCH 型（C-X 415-C-X46-C-X3-H）锌指结构域，同时也富含甘氨酸和苯丙氨酸。 CCCH 锌指结构域十分保守，在植物、无脊椎动物、脊椎动物中都有发现。15锌指蛋白通常是 DNA结合蛋白。锌指也能调节该蛋白与 RNA、蛋白质、脂质的作用。CCCH 锌指蛋白中的大多数能与 RNA 结合，调控 mRNA 的加工，包括 mRNA 成熟、出核、修饰、降解11, 12。该类型的蛋白质在巨噬细胞相关的器官内表达量很高，如胸腺、脾脏、肺、小肠和脂肪组织等6。目前研究较充分的 CCCH 型锌指蛋白是
11、TTP（tristetraprolin）家族，包含 4 个成员，分别是 TTP (Zfp36)、Zfp36l1、Zfp36l2 以及 Zfp36l3。该家族成员都包含两个串联的 CCCH 型锌指结构域，能够与 mRNA 的 3端非转录区（3-untranslated region，3-UTR）的 AU 富集区（AU-rich element，ARE）结合，从而导致该 mRNA 的 poly（A）尾的降解，进而使整个 mRNA 降解16, 17, 18。MCPIP 1 的 CCCH 锌指结构是 C(X)5C(X)5C(X)3H 型锌指结构，与 TTP 中的两个锌指结构有些许不同，TTP 中的锌指
12、结构是 C(X)8C(X)5C(X)3H 型1。在多个数据库中搜索，发现了 58 个小鼠 CCCH 锌指基因和 55 个人 CCCH 锌指基因。在这 58 个小鼠基因中，有 26 个是已研究过的基因，其中 20 个与 RNA 代谢相关，如前体mRNA 的剪切、mRNA 转移出核、细胞定位、稳定性（降解）等6。用系统进化软件分析发现，无论从蛋白质氨基酸序列全长还是仅从 CCCH 结构域序列来看，Zc3h12 家族都与 Zfp36 家族划于一类6。这很大程度上说明此二者在结构、功能上可能具有很多共同点。脯氨酸富集区Zc3h12a 有 2 个脯氨酸富集区，分别位于第 100126 位氨基酸（脯氨酸占
13、 37%）和第458536 位氨基酸（脯氨酸占 28%）2 。脯氨酸富集区通常调节蛋白质与蛋白质的相互作用，说明 ZC3H12A 可能通过此结构域，与其他蛋白质有相互作用。PIN 结构域25PIN 结构域（PIN-like domain）位于 ZC3H12A 蛋白氨基酸序列的第 130280 位。多数具有该结构域的蛋白质都有 RNA 酶活性。在该结构域中有 4 个经典的保守的酸性氨基酸，分别是 D141、E185、D226、D244，它们形成一个带负电的袋子状的空间结构，能够与Mg2+结合，从而发挥降解 mRNA 的作用4 。该 RNA 酶结构域在 Zc3h12 家族 4 个成员间是保守的，并
14、且在多种物种中都找到了其同源序列4。DUB 结构域MCPIP1 的去泛素化酶（deubiquitinating enzyme，DUB）结构域位于 N 端，与去泛素化功能相关7。人类基因中有 100 个 DUB19，这些 DUB 被分为 5 个家族：泛素羧基末端水解酶家族（ubiquitin C-terminal hydrolases，UCHs） 、泛素特异性蛋白酶家族（ubiquitin-specific proteases，USPs） 、卵巢肿瘤蛋白酶（otubain proteases，OTU） 、MJD 蛋白酶（Machado-Joseph disease proteases）和具有 J
15、AB1/PAB1/MPN 结构域的金属蛋白酶（JAB1/PAB1/MPN domaincontaining metalloenzymes） 。每个家族都含有一种特殊的但保守的 DUB 结构域20。序列比对发现 MCPIP1 序列中不存在上述已知的任何一种 DUB 结构域。然而序列比对发现，该蛋白质 N 端具有一个泛素相关结构域（ ubiquitin association domain，UBA） 。该结构域在多种物种的 MCPIP1 蛋白质序列中保守7。实验发现，该结构域具有结合泛素的作用7。同时，通过序列分析发现，该蛋白质的 N 端具有一段在多种物种中都十分保守的区域（N-terminal
16、conserved region，NCR） 。该区域中含有 1 个半胱氨酸盒（Cys box）和 1 个天冬氨酸盒（Asp box）7，这两段保守序列在很多 DUB 中都存在。通过体外捷短实验发现，NCR 具有去泛素化酶的活性，该段区域与一种 DUB 结构域UCH 具有 27%的序列相似度。MCPIP1 的去泛素化酶活性与很多其它的去泛素化酶都有相似的特点。如含有两个保守的序列模体半胱氨酸盒（Cys box）和天冬氨酸盒（Asp box） ；作为半胱氨酸蛋白酶，MCPIP1 的去泛素化酶活性会被一种半胱氨酸蛋白酶抑制剂 NEM 完全抑制；其去泛素化酶活性并不依赖于 Mg2+和 ATP，但是 Zn2+和Mn2+却会对该酶活性产生抑制作用。序列分析发现，MCPIP1 中的去泛素化酶结构域与 RNA 酶结构域都位于 NCR 区域。Asp box 中的
