信号蛋白RSK的研究进展

李满玉1　夏国良2　陈大元1　孙青原1

1

中国科学院动物研究所生殖生物学国家重点实验室(北京,100080)

2

中国农业大学生物学院(北京,100094)

　　摘要　RSK 在高等真核细胞中广泛表达,在哺乳动物中有三种RSK 同形类似物:RSK -1,R SK -2和RSK -3。

生长因子、激素和神经递质激活R as -ERK 通路,R SK 被ERK 激活后调节细胞内信号,磷酸化细胞质和细胞核蛋白,参与基因转录、蛋白合成、细胞分化与增殖等过程。RSK 还存在不依赖Ras-M AP K 信号通路的调节机制。目前还不清楚是否不同的RSK 同形类似物有不同的功能和不同的靶蛋白。RSK 拥有多种底物,其中几个底物是转录因子,在转录调节当中具有重要的作用。寻找RSK 的特异性抑制剂,明确不同类型RSK 的功能和确切底物是今后研究的重点。

关键词　细胞周期;　蛋白信号;　R SK

*973项目(G1999055902)及中国科学院创新工程项目资助

通讯作者

1　RSK 的发现与结构

在细胞周期中,细胞膜上的调节信息通过酪氨酸磷酸化的蛋白传递到细胞内丝、苏氨酸磷酸化的蛋白,并进一步向细胞核传递,以调节细胞生理功能,这是生物领域的一个研究热点。一种研究方法是首先选定一种与生长相关的蛋白磷酸化事件,如40S 核糖体亚单位S 6蛋白的磷酸化,然后逐本溯源,寻找S6蛋白的上游及初始信号调节者。1985年Erikson 和Maller 在非洲爪蟾卵中发现一种90kD 的蛋白能作为细胞内激酶而磷酸化40S 核糖体亚

单位S6蛋白[1]

。后者磷酸化后可以促进对细胞生长很重要的m RNA 的翻译,从而促进细胞增殖。这种蛋白被称为p90rsk 或RSK (ribosom al S6kinase,核糖体S 6蛋白激酶),它通过自身的丝/苏氨酸磷酸化而产生活性[2]。

RSK 在高等真核细胞中广泛表达,但是在酵母中未发现与RSK 类似的蛋白激酶。在哺乳动物中有3种RSK 同型类似物:RSK-1,RSK -2和RSK-3。由于它们被M APK (mitogen -activated pr otein ki-nase,M APK)激活,故又分别称做MAPKAP-K1a,1b,1c (M APK -activated protein kinase-1a,1b,1c )。RSK 的一条多肽链上在N 、C 端上各有一个活性区域:N 端活性区域负责RSK 底物如转录因子CRER 和c -fos 以及蛋白激酶My tl 等的激活,C 端活性区域通过磷酸化中间连接区来调节N 端活性。在C 端活性区域的下游还存在一个 -螺旋。通过基

因敲除或突变等技术发现除去 -螺旋后RSK 持续地保持活性,看来这个 -螺旋是RSK 活性的抑制区。在RSK 的C 端存在一个M APK 赖以激活RSK 的锚定点。

2　RSK 的主要功能和活性调节

早期的研究发现RSK 在体内可被生长因子、促肿瘤生成剂佛波酯(PM A)等引发的蛋白信号通路激活[3],升高cAM P 浓度的药物(如forskolin )可以抑制MAPK 的活性,同时也可抑制RSK 的激活。随后发现M APK (又称ERK1,2,ex tracellular signal-r eg ulated kinase 1,2)可部分地与脱磷酸化的RSK 反应而使RSK 激活。但是,任何调节细胞增殖的信号通路都是很复杂的,有许多检验点和平衡点。RSK 也不例外,在其调节蛋白M APK 上游有M EK (MA PK-ERK kinase),M EK 有双重磷酸化特性,可以磷酸化含有酪氨酸和丝、苏氨酸的蛋白激酶,M EK 上游又有c-Raf,c-Raf 上游是c-Ras 。c-Ras 是癌基因ras 的产物,为一族小G 蛋白,在细胞内与细胞膜下的Gr b2(gr ow th factor receptor -bound protein 2,Grb2)、GRFs(guanine-nucleotide releas-ing factors )等蛋白形成复合体而存在。Ras -M APK -RSK 信号通路间的相互作用见图1。

虽然RSK 的激活需要MAPK ,但它的完全激

活还需PDK 1(phosphoino sitide -dependent kinase 1)对其N 端磷酸化。因此RSK 的激活综合了两条信号通路[4]

。另外由于 -螺旋的存在,RSK 还有抑

制性调节信号通路。其他研究发现RSK-2可以磷酸化在染色质重建中起重要作用的组蛋白H3。在蛙卵

当中RSK 可以磷酸化p 34cdc 2的抑制性蛋白激酶

M ytl [5]

,从而降低M ytl 的活性,使卵母细胞解除了

G 2/M 期阻滞而恢复减数,并且RSK 可能还参

与哺乳动物体细胞的有丝。

图1　R as-M A P K-RSK 信号通路示意图

生长因子、激素或神经递质激活R as -M A PK 通路,RSK 被ER K 激活后调节细胞内信号,磷酸化细胞质和细胞核蛋白,这些蛋白与基因转录、蛋白合成和细胞增殖等过程有关　

　　RSK -2可能通过磷酸化转录因子CREB

(cAM P respo nse elem ent binding pro tein )而对生存原基因bcl -2上游转录进行调节,进而参与生长因子促进小脑神经元的存活[6]。这表明通过同一细胞内M APK 信号转导通路,RSK-2能够转导依赖转录和不依赖转录的信号。RSK 还与M APK 介导的减数MII 阻滞有关。对于大多数脊椎动物来说,减数周期的MII 阻滞与CSF (cytostatic factor)有关。CSF 是成熟卵母细胞中产生的一种活性物质,将其注入正在的早期胚胎中可使胚胎细胞的有丝停滞。因而,大多数学者认为CSF 活性对于维持成熟卵母细胞处于正常的MII 阻滞状态不发生孤雌激活具有重要作用。虽然CSF 的生化特性目前还不清楚,但是M os (m oloney m urine viral oncongene of sarcoma )对M APK 的激活是CSF 活性所必需的。根据卵抽提物中存在高活性的cdc2就可判定卵处于CSF 诱导的M II 阻滞,发现在蛙卵抽提物中用免疫沉淀方法除去RSK-2则M II 阻滞现象消失,再加入生理浓度的重组RSK-2蛋白,则可恢复M os -M APK 介导的M II 阻滞[7]。这表明在细胞当中,RSK 可能与细胞的一些形态变化有关。缺乏可检测水平的内源活性M APK 的

蛙卵裂球,用具有活性结构的RSK -1可诱导其发生M II 阻滞[8]

,这表明在维持CSF 的活性中RSK 可能是M APK 的唯一底物。

虽然RSK 是根据在体外它能磷酸化核糖体亚

单位S 6蛋白而纯化的,但是S 6蛋白明显不是RSK 的生理性底物,因为已知70kD 的S6蛋白激酶(p70S6k)通过确切的信号系统来磷酸化S6蛋白。更准确地讲,S6蛋白是p70S6k 的生理性底物,RSK 仅在有限的几类细胞中磷酸化S6蛋白。另外,虽然RSK 在调节与分布上与M APK 一致,但它也可能被其他蛋白激酶或磷酸酶调节。如RSK 磷酸化动力学就与M APK 激活和灭活不完全一致[9]。有人用鸡胚成纤维细胞表达了一个对温度敏感的v -Sr c 变型突变体,通过将细胞放入合适的温度下可以激活v-Src,此时RSK 被激活而M APK 无变化。另外,开始时期RSK 短暂的激活与MAPK 活性一致,但激活后RSK 活性的维持与一个能磷酸化髓磷脂碱性蛋白的63kD 丝氨酸激酶活性一致。

M APK 对GV 期阻滞的非洲爪蟾卵中的RSK 有激活作用,但对成熟卵中的RSK 无作用。在RSK 的N 端进行剪切后产生了一种RSK 的突变体,它可持续地与M APK 发生作用[10]。利用这种突变体

在体细胞,通过阻止后期促进复合物APC (anaphase-pro moting complex,APC)的激活,纺锤体组装检验点可将细胞阻滞在M期,一直到所有的染色体都恰当地排列在中期板上。Bub1是出芽酵母中克隆出的一个基因bub1的蛋白产物,它是纺锤体组装检验点上游的一个成分。在用U0126阻止了M APK的活性之后,Bub1的活性也被阻止;如果向这些卵中注入活性RSK的mRNA,那么Bub1可被激活[12]。这说明Bub1是RSK的底物之一,并且参与RSK的M期阻滞作用。最近又发现了一个新的与RSK相关的蛋白家族,即M SK(mitogen-and stress-activated protein kinase)和RSK-B,它们与RSK一样,在一条多肽链上有两个活性区域,它们相互之间有大约90%的氨基酸同源性,但与RSK 之间仅有40%的同源性。M SK既是ERK1,2的底物又是p38M APK的底物,可能通过CREB的介导调节转录。

3　RSK的底物以及今后的研究方向

RSK的底物种类众多,这说明它在许多细胞功能调节当中起重要作用(表1[13])。

　　有人建议为了搞清楚RSK的作用机理,将来的

表1　RSK的底物

底物种类复合物形式磷酸化

位点

结果可能的功能

GSK3未见报道　　　　　　　　　　Ser9　抑制GSK3活性　　　　　　刺激m RN A转录和爪蟾发育　

So s未见报道　　　　　　　　　　Ser1134,

Ser1161

使Gr b2-So s-Ras复合物解体　负反馈性地调节Ras-ERK活性

L1CA M 在大鼠脑中R SK与L1CA M存

在联系

Ser1152磷酸化和调节L1CAM活性　刺激鸡的背根神经节的轴突发育

多聚核糖体在大鼠脑突触神经细胞线粒体中

RSK与多聚核糖体存在联系

未知　磷酸化多聚核糖体及相关蛋白

促进大鼠脑中谷氨酸受体诱导的

突触后蛋白的生成

I kB /NF kB 在共转染的COS细胞中RSK与

IkB 存在联系

Ser32

促使26S蛋白体中的IkB 进行

依赖泛素的降解

使N F kB转移入核内并启动转录

雌激素受体在共转染的COS细胞中RSK与

雌激素受体存在联系

Ser167激活雌激素受体的N端功能区激活雌激素受体介导的转录　　

CREB未见报道　　　　　　　　　　Ser133激活转录活性　　　　激活由生长因子诱导的CREB介

导的转录

CBP 二者通过E1A连接区域(氨基酸

1805-11)形成复合物

未知　调节共激活因子的功能　　　

对cA M P诱导的转录和神经生长

因子诱导的细胞分化负

工作重点应放在寻找RSK的靶蛋白,而非M APK 的靶蛋白上[14,15]。目前还不清楚是否不同的RSK 同形类似物有不同的功能和不同的靶蛋白。对于蛙胚、RSK-1和RSK-2有相似的效果,但是只有RSK-2能磷酸化EGF处理过的成纤维细胞中的组蛋白H3。在研究RSK新的功能当中,具有活性结构的RSK有很大用处。因此,今后的一个重要研究任务是生产特异性抑制RSK的试剂和抗活性RSK 抗体,以此来发现RSK在各种细胞信号变化中的作用。预计这些工作将会发现RSK在M APK信号通路中起着比以往认为的更为重要的作用。

参考文献

1　Er ikson E et al.Pr oc N at l Acad Sci U SA,1985;82: 742

2　Er ikson RL.J Bio l Chem,1991;266:6007

3　St ur gill T W et al.N atur e,1988;334:715

4　Jensen C L et al.J Biol Chem,1999;274:27168

5　P almer A et al.EM BO J,1998;17:50376　Bo nni A et al.Science,1999;286:1358

7　Bhat t RR et al.Science,1999;286:1362

8　Gr oss SD et al.Science,1999;286:1365

9　Chen R H et al.M ol Cell Biol,1991;11(4):1861 10　Gav in A C et al.M o l Bio l Cell,1999;10(9):2971 11　Gr oss S D et al.Cur Bio l,2000;10:43012　Schw ab M S et al.Cur Biol,2001;11:141

13　F ro din M et al.M o l Cell Endocr inol,1999;151:65 14　N ebreda A R et al.Science,1999;286:1309

15　Bhatt R R et al.J Biol Chem,2000;275,42:32983

(2001-02-22　收稿)

信号调节蛋白在生物信号转导中的作用及意义

秦建民综述　王红阳　吴孟超审阅

第二军医大学东方肝胆外科医院国际合作生物信号转导中心(上海,200438)

　　摘要　信号调节蛋白(SIRPs)作为一种新近克隆并被鉴定的属于I g超家族的跨膜糖蛋白,在生物信号转导中具有重要的生物学作用,参与细胞增殖、分化、胚胎发育及神经信息的传递,免疫功能的调节和肿瘤的发生、发展。依其结构不同分为两个亚型:SIRP 和SIRP 。SIRP 和SIRP 在细胞外区高度同源,但SIRP 因缺乏IT IM基元和在跨膜结构域具有带一个正电荷氨基酸残基(K)而与SIR P 不同。目前已鉴定出人类至少有15个SIRP s家族成员,鼠的同源基因有P84,SHP S-1被鉴定。每一个成员在生物信号转导中具有重要的生物学作用。

关键词　信号调节蛋白;　SIRP s;　信号转导

　　细胞内信息传递过程以一系列细胞内蛋白质的改变为基础,通过它们构型的变化和功能的改变,以实现信息的传递,可逆蛋白的磷酸化是信号传递系统对外界信号级联放大反应中一个重要环节,细胞外信号通过细胞内第二信使使蛋白激酶或磷酸酶发生变化,从而影响信号传递途径其他酶类或蛋白质的磷酸化水平,最终使细胞对外界信号作出相应反应,另外蛋白激酶还可激活作为第三信使的转录因子或DNA结合蛋白(如AP-1、CREB、NF- B等),引起基因转录变化[1]。如果此系统中信号转导过程异常,将影响细胞一系列生命活动,从而影响机体内环境紊乱,导致疾病发生。深入研究信号转导通路中各种蛋白相互作用的分子基础,阐明各种结构域的生物学作用及各种细胞信号转导通路相互联系(cross-talking)、相互影响、相互作用的复杂机制,是更深层次了解正常和异常生命活动(各种疾病)的关键所在,亦是治疗疾病的重要生物学物质基础。

1　信号调节蛋白SIRPs的生物学特性

信号调节蛋白(signal reg ulato ry pr oteins, SIRPs)是新近分离并克隆鉴定的一类存在于造血和非造血细胞的抑制性受体,属于免疫球蛋白超家族成员(Ig SF)的细胞表面糖蛋白,含有几个跨膜糖蛋白,在神经元、髓细胞(包括巨噬细胞、单核细胞、粒细胞、树突状细胞),SIRP含有一个具有3个Ig 样结构域的细胞外区(1个N末端V-Set结构域和2个CI结构域,与抗原受体Ig、T CR、M HC密切相关),1个富含脯氨酸区,1个单疏水跨膜区,1个含有2个免疫受体酪氨酸抑制基元(IT IM s)的胞浆尾,此蛋白的活性取决于IT IM酪氨酸残基磷酸化和募集含有SH2结构域的酪氨酸磷酸酶SHP-1和SHP-2。依其结构不同SIRPs分为两个亚型:SIRP 和SIRP ,SIRP 和SIRP 在同样的基因位点(人为20p12.2-13,鼠为2号染色体)由各自的基因编码[2],SIRP 和SIRP 在细胞外区高度同源,但SIRP 因缺乏IT IM的基元和在跨膜结构域1个带正电荷氨基酸残基(K)而与SIRP 不同,为具有缺乏募集SHP-1和SHP-2的IT IM基元的短胞浆结构域,在疏水跨膜区含有一个单碱基的赖氨酸残基。目前在人类至少有15个SIRPs成员被鉴定,鼠的同源基因有P84,SHPS-1被鉴定。

2　影响信号调节蛋白SIRPs生物学作用的因素

2.1　SH2结构域

SH2作为Sr c同源物参与细胞内信号的转导, SH2结构域蛋白传输细胞内由激活的酪氨酸激酶受体产生的信号,酪氨酸激酶信号通路从位于磷酸化酪氨酸侧面短序列的SH2结构域内在结合优势获得选择性,SH2结构域残基Arg A2和Arg B5与磷酸化酪氨酸的磷酸螯合,结合位点的选择性取决于SH2结构域(EF和BG)内两个不同的襻和磷