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1、I B 激 酶 研 究 进 展 3黄 国 锦 3 3 张 智 清 金 冬 雁(中 国 预 防 医 学 科 学 院 病 毒 所 病 毒 基 因 工 程 国 家 重 点 实 验 室 北 京 100052)摘 要 NF2 B 是 一 类 具 有 重 要 生 理 功 能 的 转 录 因 子 ,能 调 节 许 多 细 胞 基 因 的 表 达 ,在 细 胞 的 生 理活 动 中 具 有 重 要 作 用 。 在 静 息 细 胞 中 ,NF2 B 以 无 活 性 的 形 式 存 在 于 胞 质 中 。 受 信 号 刺 激 后 ,NF2 B 被 激 活 。 I B 激 酶 在 NF2 B 激 活 中 起 着 重
2、 要 作 用 。 介 绍 了 I B 激 酶 的 组 成 、 活 性 调 控 及 生理 功 能 。关 键 词 NF2 B I B I B 激 酶 信 号 传 导收 稿 日 期 :20022102243 国 家 杰 出 青 年 科 学 基 金 (B 类 )资 助 项 目 (30029001)3 3 电 子 信 箱 :hgjj 163. comNF2 B (nuclear factor B) 是 一 类 具 有 重 要 生 理功 能 的 转 录 因 子 ,它 能 调 节 许 多 细 胞 基 因 的 表 达 ,在 炎 症 反 应 、 免 疫 反 应 、 细 胞 增 殖 、 细 胞 凋 亡 等 生 理
3、活 动 中 发 挥 重 要 作 用 。 在 静 息 细 胞 中 ,NF2 B 与 抑制 蛋 白 I B (inhibitor of B) 结 合 而 在 细 胞 质 内 以 无活 性 的 形 式 存 在 。 各 种 信 号 ,如 病 毒 感 染 、 肿 瘤 坏死 因 子 (tumor necrosis factor , TNF )或 白 细 胞 介素 21 ( interleukin21 , IL21) 等 ,经 过 不 同 的 级 联 途 径使 I B 激 酶 ( I B kinase , IKK) 激 活 ,激 活 的 IKK 使I B 磷 酸 化 。 后 者 经 泛 素 化 后 被 26
4、S 蛋 白 酶 降 解 ,释 放 出 NF2 B。 游 离 的 NF2 B 随 即 转 位 至 核 内 ,激活 相 关 靶 基 因 的 表 达 ,从 而 产 生 相 应 的 生 物 学 效应 。 在 各 种 不 同 信 号 激 活 NF2 B 的 级 联 通 路 中 ,可诱 导 的 I B 磷 酸 化 ,是 这 个 共 同 激 活 途 径 中 的 最 早期 事 件 。 因 此 研 究 催 化 I B 磷 酸 化 的 酶 I B 激酶 ,对 于 阐 明 NF2 B 激 活 的 信 号 传 导 通 路 有 重 要 意义 。 近 年 来 ,I B 激 酶 的 研 究 是 NF2 B 信 号 传 导
5、通路 研 究 的 热 点 之 一 ,并 取 得 了 一 系 列 重 要 进 展 。1 I B激 酶 ( IKK)的 结 构1. 1 IKK的 组 分 及 其 功 能 区IKK由 三 种 亚 基 组 成 :催 化 亚 基 IKK 和 IKK(又 称 为 IKK1、 IKK2) 1 ,调 节 亚 基 IKK 又 称 为 NF2 B 必 需 调 节 因 子 ( NF2 B essential modulator ,NEMO) 、 IKK 相 关 蛋 白 ( IKK associated protein I ,IKKAP ) 2 。IKK 由 745 个 氨 基 酸 组 成 ,分 子 量 约 为 85
6、kD ;IKK 由 756 个 氨 基 酸 组 成 , 分 子 量 约 为 87kD。IKK 和 IKK 的 序 列 同 源 性 大 于 50 % ,序 列 相 似 性大 于 70 %。 在 其 分 子 中 含 有 N 端 激 酶 域 、 亮 氨 酸拉 链 (Leucine2zipper , LZ) 和 螺 旋 2环 2螺 旋 ( Helix2loop2helix , HLH)基 序 。 突 变 分 析 表 明 LZ区 域 介 导IKK P 二 聚 化 ,这 种 二 聚 化 对 于 活 性 是 关 键 的 ,是直 接 的 且 不 涉 及 其 它 蛋 白 。 其 C 端 则 与 IKK 作用 1
7、 。IKK P 激 酶 域 与 其 它 已 知 的 SerPThr 激 酶 类似 ,ATP 结 合 位 点 高 度 保 守 。 将 该 区 保 守 的 Lys44改 变 为 Ala 或 Met 后 产 生 IKK P 的 显 性 失 活(dominant inactive)形 式 ,在 细 胞 内 过 量 表 达 这 种 形式 的 IKK P 蛋 白 可 使 野 生 型 的 IKK P 同 时 丧 失 催化 活 性 3 。IKK 由 419 个 氨 基 酸 组 成 ,分 子 量 约 为 48kD。其 分 子 中 螺 旋 占 优 势 ,有 相 当 一 段 螺 旋 卷 曲(coiled2coil
8、) 结 构 , 包 括 C 端 附 近 的 LZ 基 序 2 。IKK 作 为 调 节 亚 基 ,在 信 号 传 导 中 有 着 举 足 轻 重的 作 用 :与 上 游 分 子 作 用 ,接 受 来 自 上 游 的 信 号 ;与催 化 亚 基 作 用 ,将 上 游 信 号 传 递 至 催 化 亚 基 ;通 过二 聚 化 或 寡 聚 化 ,介 导 IKK复 合 体 的 形 成 。 人 们 利用 IKK 的 缺 失 突 变 体 ,将 其 三 种 功 能 分 别 定 位 在不 同 的 分 子 区 域 。 其 C端 与 上 游 分 子 作 用 ,N 端 与催 化 亚 基 作 用 ,而 参 与 二 聚
9、化 或 寡 聚 化 的 区 域 尚 未有 定 论 。 Ye 等 用 免 疫 共 沉 淀 方 法 将 IKK 二 聚 化区 域 定 位 在 201 300 氨 基 酸 残 基 区 4 。 Agou 等 发现 重 组 的 IKK (242 388)可 以 形 成 三 聚 体 ,该 区 可第 23 卷 第 5 期中 国 生 物 工 程 杂 志CHINA BIOTECHNOLOGY 2003 年 5 月能 在 三 聚 化 中 起 重 要 作 用 5 。 我 们 的 实 验 结 果 表明 ,251 419 氨 基 酸 残 基 区 在 二 聚 化 或 寡 聚 化 中 起重 要 作 用 6 。1. 2 IK
10、K复 合 物 的 组 装因 为 TNF 是 三 聚 体 ,它 与 TNF2R1 结 合 将 导 致RIP(receptor2interacting proterin ,RIP) 的 寡 聚 化 ,寡 聚化 的 RIP 进 一 步 诱 导 IKK的 寡 聚 化 。 几 个 研 究 组的 结 果 表 明 , IKK 活 性 的 主 要 部 分 在 表 观 分 子 量700 900kD 被 洗 脱 ,少 部 分 可 在 表 观 分 子 量 300kD处 洗 脱 。 700 900kD 复 合 物 的 主 要 部 分 是 大 体 等量 的 IKK 和 以 及 不 定 量 的 IKK 2 。 300kD
11、 的 复合 物 既 是 正 常 细 胞 中 的 小 复 合 物 又 是 IKK 缺 陷 细胞 系 中 唯 一 的 IKK 复 合 物 1 。 据 此 人 们 推 测 在300kD 处 洗 脱 的 应 是 IKK P 二 聚 体 ,而 包 含 IKK的 大 复 合 物 应 是 由 IKK 介 导 的 二 聚 体 构 成 。 最近 ,Miller 等 在 酵 母 (因 本 身 没 有 NF2 B 和 IKK,故是 研 究 NF2 B 和 IKK的 极 好 工 具 ) 中 表 达 IKK +IKK 、 IKK + IKK + IKK ,分 别 得 到 2 2 和 1 1 2复 合 物 ,这 证 明
12、IKK 的 二 聚 化 在 IKK复 合 物 的 组装 中 扮 演 重 要 角 色 。 而 且 在 表 达 IKK + IKK +IKK 的 酵 母 中 IKK也 有 两 个 洗 脱 峰 ,其 中 一 个 分子 量 与 人 细 胞 中 的 全 酶 一 致 , 另 一 个 在 158 300kD ,对 应 于 IKK P 二 聚 体 7 。Prajapati 等 的 研 究 表 明 IKK 是 IKK复 合 物 组装 的 主 要 协 调 因 子 。 在 组 装 过 程 中 , IKK 主 要 与IKK 作 用 , 而 且 IKK 是 IKK 的 底 物 , IKK 可 通过 IKK 的 磷 酸
13、化 而 调 节 其 活 性 8 。 在 IKK 缺 陷细 胞 中 , IKK 复 合 物 包 含 与 IKK 相 互 作 用 的IKK 9 ,这 意 味 着 可 能 有 另 外 的 组 分 介 导 IKK 与IKK 的 相 互 作 用 。2 IKK活 性 调 控2. 1 IKK的 激 活大 量 证 据 表 明 IKK P 的 激 活 依 赖 于 其 磷 酸化 。 纯 化 的 IKK P 若 与 蛋 白 磷 酸 酯 酶 2A (proteinphosphatase , PP2A) 温 育 后 则 失 去 活 性 ,而 用 PP2A抑 制 物 冈 田 酸 (okadaic acid) 作 用 于
14、HeLa 细 胞 ,可导 致 IKK激 活 1 。2. 1. 1 与 IKK激 活 相 关 的 功 能 区 IKK 、 IKK 在其 激 酶 域 含 有 激 活 环 ,其 序 列 在 两 个 激 酶 中 是 一 致的 ,这 个 区 域 包 含 特 定 的 位 点 ,其 磷 酸 化 引 起 构 象变 化 从 而 导 致 激 酶 的 激 活 。 当 用 TNF 或 IL21 作用 于 细 胞 后 , 可 引 起 IKK 激 活 环 中 的 Ser177、Ser181 磷 酸 化 。 用 不 被 磷 酸 化 的 Ala 代 替 这 两 个Ser 可 以 阻 碍 IKK激 活 ,而 用 Glu 代 替
15、 Ser 以 模 拟 磷酸 化 的 Ser 则 导 致 IKK的 组 成 性 激 活 。 与 此 类 似 ,IKK 的 Ser176 改 变 为 Ala 可 使 IKK 失 活 ,改 变 成Glu 则 导 致 完 全 激 活 10 ,11 。 如 果 IKK 中 Ser176 和Ser180 变 成 Ala ,无 论 是 单 独 一 个 或 是 两 个 共 同 改变 ,对 TNF 或 IL21 诱 导 的 IKK活 性 都 无 影 响 。 这一 结 果 与 IKK P 功 能 的 遗 传 学 分 析 结 果 完 全 一致 11 。 因 此 ,IKK 激 活 环 的 磷 酸 化 对 于 由 炎 症 因子 刺 激 的 IKK复 合 物 的 激 活 可 能 并 非 必 需 ,因 为IKK复 合 物 的 激 活 赖 于 IKK 的 磷 酸 化 11 。在 IKK 激 活 中 起 关 键 作 用 的 另 一 个 区 域 是HLH基 序 ,用 在 哺 乳 细 胞 中 短 暂 转 染 的 方 法 分 析 或用 重 组 蛋 白 分 析 发 现 ,其 突 变 严 重 降 低 IKK活 性 ,但 HLH 突 变 体 仍 能 经 由 LZ 基 序 二 聚 化 并 能 与IKK 结 合 3 ,12 。 包 含 HLH 的 C
