GPI锚——一种复杂的蛋白质翻译后修饰

第４２卷第２期２０１９年６月㊀㊀㊀㊀㊀辽宁师范大学学报(自然科学版)J o u r n a l o fL i a o n i n g N o r m a lU n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n )㊀㊀㊀㊀㊀V o l ．４２㊀N o ．２

J u n ．㊀２０１９㊀㊀收稿日期:２０１８Ｇ１２Ｇ２５

基金项目:国家自然科学基金资助青年项目(３１３０１８８０);辽宁省高等学校优秀人才支持计划项目(L J Q ２０１５０５７)

;大连市高层次人才创新支持计划项目(２０１５R ０６７

)作者简介:李庆伟(１９５５Ｇ),男,辽宁大连人,辽宁师范大学教授,博士,．E Ｇm a i l :l i q

w＠２６３．c o m ㊀㊀文章编号:１０００Ｇ１７３５(２０１９)０２Ｇ０２１５Ｇ０８㊀㊀D O I :１０．１１６７９/l s x b l k ２０１９０２０２１５

G P I 锚

一种复杂的蛋白质翻译后修饰李庆伟１,２

,㊀宋㊀涛１,２,㊀勾㊀萌１,２,㊀滕洪明１,２,㊀卢佳丽１,２

(１．辽宁师范大学生命科学学院,辽宁大连㊀１１６０８１;２．辽宁师范大学七鳃鳗研究中心,辽宁大连㊀１１６０８１

)摘㊀要:糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白(g l y c o s y l p h o s p h a t i d y

l i n o s i t o l Ｇa n c h o r e d p r o t e i n s ,G P I ＧA P s )是一种在真核生物细胞膜表面普遍存在的蛋白质,最大特点是没有跨膜结构域和胞质尾区,通过翻译后修饰产生的G P I 结构锚定在细胞膜上．G P I 锚结构复杂,由磷酸氨基乙醇联结部㊁核心糖链和磷酸肌醇尾组成．核心糖链中的甘露糖㊁葡萄糖胺㊁磷酸肌醇残基可不同程度地被磷酸氨基乙醇和其他糖类修饰．尽管被精确解析出的G P I

锚结构还较少,但已在分子水平上证明G P I 锚具有非常多样的生物学功能,如信号传导㊁细胞黏附㊁蛋白质转运和免疫反应等等．近年来,由于实验技术的进步,G P I 锚的相关研究也在逐步深入．对G P I 锚独特的翻译后修饰及其功能的最新研究进行分析归纳．关键词:糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白;G P I 锚结构;G P I 锚功能;信号传导中图分类号:Q ５３９㊀㊀㊀文献标识码:A

自１９８５年被发现以来,糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白(g l y c o s y l p h o s p h a t i d y

l i n o s i t o l Ｇa n c h o r e d p r o Ｇt e i n s ,G P I ＧA P s )是在真核动物中独有的蛋白质翻译后修饰,越来越受到人们的重视[１Ｇ７

]．独特而复杂的翻译后修饰可通过糖基化磷脂酰肌醇结构[８Ｇ９

],连接在某些缺乏跨膜结构域和胞质尾区的蛋白质羧基

末端,从而将此类蛋白质定位在细胞质膜的胞外侧,最终在信号传导㊁细胞黏附㊁蛋白质转运和免疫反应等方面发挥作用．不同于一般的翻译后修饰,G P I 锚结构复杂,由磷酸氨基乙醇联结部㊁核心糖链和磷酸肌醇组成(图１),而核心糖链中的甘露糖㊁葡萄糖胺㊁磷酸肌醇残基还可以不同程度地被磷酸氨基

乙醇和其他糖类修饰[１０Ｇ１１

]．这种复杂结构决定了G P I 锚的功能并不局限于细胞质膜插入．

本文对近年来G P I 锚结构和功能的研究进行分析归纳．

１㊀G P I 锚的发现

２０世纪７０年代,

从蜡状芽孢杆菌中分离出了一种磷脂酶,该酶可以从组织中释放碱性磷脂酶(A l k a l i n e p h o s p h o l i p a s e ,A P a s e )[１２],因此,这种酶被命名为磷脂酰肌醇Ｇ磷脂酶(P h o s p h a t i d y

l i n o s i t o l Ｇs p e c i f i c p h o s p h o l i p

a s eC ,P I ＧP L C )．在之后的几年里,陆续有研究者发现,经过P I ＧP L C 处理后的小鼠组织,还可释放出５ᶄＧ核苷酸酶[１３]和红细胞乙酰胆碱酯酶[１４]．

人们开始意识到,某些蛋白是以共价键形式,通过磷脂酰肌醇结合在细胞膜表面的．直到１９８５年,G P I 锚定蛋白的基本结构才被发现[１５]．

起初,受限于复杂的分离纯化过程,G P I 锚定蛋白鉴定的通量一直很低．随着纳升液相㊁高分辨质谱等分析仪器的发展,以及蛋白序列数据库的完善,批量鉴定G P I 锚定蛋白也成了可能[９]．２００３年,J e n s e n 等[１

６]

２１６㊀辽宁师范大学学报(自然科学版)第４２卷在前人的基础上,综合多种提取方法,在拟南芥细胞膜中同时检测到４４种G P I锚定蛋白．２０１３年,日

本科学家采用更先进的L T Q O纳升液相Ｇ电喷雾质谱R B I T R A P质谱仪,在人卵巢癌细胞中同时鉴定出１０个G P I锚定蛋白和１２个G P I锚的修饰位点[１７]．随后,他们又在此基础上,通过二氧化钛富集,实现了相对高通量的G P I锚定蛋白及其修饰位点的组学分析[１８]．

图１㊀人类的G P I锚的结构

F i g．１㊀S t r u c t u r e o f t h e

G P I a n c h o r f r o mh u m a ne r y t h r o c y t e a c e t y l c h o l i n e s t e r a s e[１９]

T h e t o pp a r t i s p h o s p h o e t h a n o l a m i n e l i n k e r,t h e s e r i a l n u m b e r p a r t i s p h o s p h o l i p i d t a i l,a n d t h e r e s t i s c o n v e r s e d g l y c a n c o r e ２㊀G P I锚核心聚糖的结构及解析

通过核磁共振波谱㊁质谱㊁全甲基化修饰和外切糖苷酶消化等方法,首次确定了布氏锥虫V S G蛋白G P I锚的精确结构[２０]．随后,H o m a n s等人[２１]采用相同的方法得到了鼠脑糖蛋白T h yＧ１的G P I锚精确结构．之后的十几年里,有超过２０种原核和真核动物的G P I锚定蛋白的锚结构被解析出来(表１)．G P I锚结构高度保守,其核心糖链为α１Ｇ２Ｇ甘露糖Ｇα１Ｇ６Ｇ甘露糖Ｇα１Ｇ４Ｇ甘露糖Ｇα１Ｇ６Ｇ葡萄糖胺Ｇ肌醇．核心糖链上含有６个可变的修饰位点R１~R６(图２)．在真核生物中,R３为高度保守的磷酸乙醇胺,而其余位点则由磷酸乙醇胺㊁各种糖类和棕榈酰化等修饰．R１位修饰基本都是甘露糖,而NＧ乙酰葡萄糖胺等比较复杂的修饰,则通常出现在R４上．R５上的修饰非常罕见,迄今只有来自锥虫里的N E T N E S具有此结构[２２]．G P I锚侧链修饰的机理目前尚不明确．有研究认为影响糖基化修饰的蛋白质也能够影响G P I锚侧链的糖修饰[２１]．例如,膜蛋白R e d u c e dＧf o l a t e t r a n s p o r t e rＧ１(R F T１)可影响G P I锚侧链的修饰[２３]．这一发现说明G P I锚侧链的发生是受到蛋白质调控的．这种调控会反馈在G P I锚的功能上．但相关研究仍处于初级阶段,尚有待进一步的研究．

３㊀G P I锚的功能

G P I锚复杂的结构特征不仅影响蛋白的结构特征,同时还可能参与了多项细胞的生物学功能,下面是近年来对此研究的７个方面总结．

３．１㊀G P I锚对蛋白质整体结构的影响

G P I锚可能会影响连接蛋白的整体空间构象,进而影响抗体对相应蛋白质的识别．比如,T h yＧ１