小G蛋白的研究进展

小G蛋白的发展及研究现状

G蛋白是普遍存在于真核生物细胞中的一个GTP结合蛋白家族，根据其压机组成及分子量大小，可以将参与细胞信号转导的G分为异三聚体G蛋白、小G蛋白和几种特殊的GTP结合蛋白。小G蛋白具有鸟核苷酸的结合位点，有GTP酶活性，其功能同样受鸟核苷酸调节，但与跨膜信息传递没有直接的关系，在结构上也不同于其他的G蛋白，其分子量较小，在20-30kDa之间，不是以α、β、γ三聚体方式存在，而是单体分子，且第一个被发现的小G蛋白是Ras,其他的还有Rho,SEC4,YPT1等，微管蛋白β亚基也是一种小G蛋白。小G蛋白与其他G蛋白相同的是当结合了GTP时即成为活化形式，这时可作用于下游分子使之活化，而当GTP水解成为GDP时则回复到非活化状态。

在细胞中存在着一些专门控制小G蛋白活性的小G蛋白调节因子，有的可以增强小G蛋白的活性，如鸟苷酸交换因子（guanine nucleotide exchange factor, GEF）和鸟苷酸解离抑制因子（Guanine nucleotide dissociation Inhibitor, GDI）,有的可以降低小G蛋白的活性，如GTP酶活化蛋白（GTPase activating protein, GAP）。近年来研究发现小G蛋白，特别是一些原癌基因表达产物有着广泛的调节功能。Ras蛋白主要参与细胞增殖和信号转导；Rho蛋白对细胞骨架网络的构成发挥调节作用；Rab蛋白则参与调控细胞内膜交通（membrane traffic）。此外，Rho和Rab亚家庭可能分别参与淋巴细胞极化（polarization）和抗原的提呈。某些信号蛋白通过SH-3功能区将落氨酸激酶途径同一些由小G蛋白所控制的途径连接起来，如Rho（与Ras有30%同源性）调节胞浆中微丝上肌动蛋白的聚合或解离，从而影响细胞的形态。这一事实解释了某些含有SH-3的蛋白同细胞骨架某些成分相关联或调节它们的功能。

1.Ras蛋白

ras基因家族中有三个成员，分别为H-ras、N-ras、K-ras，在已发现多种不同的的肿瘤中，物理或化学致癌因素均可引起ras基因突变，在体外试验中转染野生型ras 的细胞正常生长，而转染突变ras的细胞恶性增殖，ras突变抑制Ras与GAPs反应，引起Ras的持续活化。

Ras蛋白为膜结合型的GTP/GDP结合蛋白，分子量21kD，定位于细胞膜内侧。它由188或189个氨基酸组成，它的第一个结构域含有85个氨基酸残基的高度保守序列，接下来含有80个氨基酸的结构域中，p21Ras结构轻微不同，除了K-Ras末端25个氨基酸由于不同的外显子而分为A型和B型外，其余Ras家族成员最后四个氨基酸均为Cys186-A-A-X-COOH序列。Ras蛋白存在4种异构型：H-Ras、N-Ras、

K-Ras4A和K-Ras4B，它们是3种基因的产物，而K-Ras4A和K-Ras4B是同一基因不同剪接的结果。Ras蛋白在合成后，需要经过一系列的加工修饰，才能定位于细胞膜内侧。有研究表明，激活Ras的表达能增强血管生长因子的表达，提示Ras在血管生成中发挥作用，抑制Ras活性能抑制依赖Ras的肿瘤细胞增殖，也能干扰血管生成。

同时激活Ras还能抑制凋亡，突变Ras使本应正常死亡的细胞的生存期延长，Ras过度表达还能增加抗药物和紫外光诱导的凋亡，可能的机制是ras癌基因增强了细胞分解过氧化氢的能力从而抑制凋亡，此假说还需进一步验证。

2.Rho蛋白

它们是一组相对分子质量大约为20～25kD的三磷酸鸟苷(guanosine triphosphate，GTP)结合蛋白，具有GTP酶活性，因此，习惯被称为Rho GTP酶。哺乳动物Rho 亚家族GTPase 至少包括以下成员: Rho (RhoA、RhoB、RhoC) , Rac (Rac1、Rac2、Rac3、RhoG) , Cdc42 ( Cdc42H、G25K、TC10) , Rnd ( RhoE/ Rnd3、Rnd1/ Rho6、Rnd2/Rho7) , RhoD 和TTF 。其中研究最多的是Rho 、Rac和Cdc42。Rho最重要的功能是调节肌动蛋白细胞骨架。此外,Rho在基因转录、细胞周期调控、膜泡运输中也起重要作用。

在真核细胞中，Rho控制肌动蛋白骨架的重组，而肌动蛋白细胞骨架在细胞形状改变、移行、粘附以及胞质分裂中起重要作用。Rac和Cdc42诱导的细胞骨架改变与Rho相似，都与整合素相关的粘着斑复合物有关。但这些复合物的具体功能尚不清楚。

Rac和Cdc42通过激活JNK（Jur-NH2-ter-minal kinase）和p38 MARK（mitogen activated protein kinase）信号转导通路从而控制基因转录。这与Ras在ERK-MARK级联中的作用相似。在HeLa、NIH3T3以及COS细胞中，组成性激活突变表达Rac或Cdc42可以激活JNK和p38。在Rho的激活剂GEF的存在下，JNK和p38也会被激活。但Rho、Rac、Cdc42在MARK激酶激活中的确切功能还未清楚。在细胞周期的G1期需要Rho、Rac和Cdc42的活化，其究竟是肌动蛋白细胞骨架、粘着斑复合物还是其他与基因转录有关的效应器作用，目前尚还不清楚。

Rho、Rac和Cdc42在细胞的一种膜运动过程中发挥作用，即为颗粒陷入质膜然后被内吞的机制需要依赖RhoA的参与。同时Rho与癌症的发生有一定的关系，Ras和其他一些癌症相关蛋白依赖于Rho蛋白家族发挥作用。激活Rac1、RhoA、RhoB、Cdc42可以引起啮齿类纤维母细胞的癌变。Rho蛋白家族能促进肿瘤细胞的移行和侵入。