组织蛋白酶D生物合成及其功能的研究进展

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
Cath - D 前体进入溶酶体后 ,会经历几次蛋白 水解加工过程进而变成成熟的组织蛋白酶 D。首 先 ,在晚期内涵体低 pH环境下 ,蛋白酶 D 前体从 M
- 6 - P受体分离出来 ,脱去磷酸基 。最初的蛋白质 水解过程是蛋白酶 D 前体上脱掉寡肽 ( 44 个氨基 酸 )产生一个单链的活性中间体 ( 48kDa, 348aa) (图 3) 。48 kDa的单链中间体被进一步加工成成熟的 双链形 式 , 该 处 理 过 程 由 组 织 蛋 白 酶 B 或 L 完 成 [ 9 ] 。双 链 形 式 的 Cath - D 由 一 个 氨 基 端 轻 链 (14kDa)和一个羧基末端重链 (34kDa)构成 (图 3) , 两条链通过疏水作用相互联系 。其次 ,重链和轻链 之间的 7个氨基酸残基被除掉 [ 10 ] , 34kDa重链的羧 基端也有很多的氨基酸残基被除掉 [ 11 ] 。
·34·
夏亚穆等 : 组织蛋白酶 D 生物合成及其功能的研究进展
图 1 蛋白酶 D启动区示意图
1. 2 Cath - D 的翻译 Cath - D 由蛋白酶 D 前体在粗糙型内质网上合
成 。人体中蛋白酶 D 前体由 412个氨基酸 (AA )和 一个信号肽 ( S)组成 。当其通过内质网膜时 ,发生 共表达 , 信号肽被切除 , 生成无活性的蛋白酶原 (392个氨基酸 , 52kDa) (图 2) 。切除的信号肽被连 接到蛋白酶 D134, 263位天门冬酰胺 N - 末端的糖 基化位点上 ,然后 ,糖基化的 Cath - D 被转运到高尔 基体 。研究表明 ,糖基化对突变型单糖基化和非糖 基化的 Cath - D 的折叠或酶活性不是必须的 ,但却 是 Cath - D 锚定溶酶体酶所必须的 [ 6 ] 。
近年来研究发现 Cath - D 与乳腺癌 [ 13 ] , 大肠 癌 [ 14 ] ,肺癌 [ 15 ] ,膀胱癌 [ 16 ] ,皮肤癌 [ 17 ]等肿瘤的浸润 和转移有密切关系 。恶性肿瘤细胞可产生多种蛋白 水解酶 ,降解细胞外基质及基底膜 ,为其生长及转移 提供空间及通道 。Cath - D 为其中的一种蛋白水解 酶 ,一方面可通过水解作用降解细胞外基质 ,参与肿 瘤的侵袭转移 。另一方面 ,可以激活组织蛋白酶 B , 再激活尿激酶原激活因子 (UPA ) ,与 UPA 受体结 合 ,调 节 与 肿 瘤 有 关 的 蛋 白 分 解 作 用 [ 18 ] 。另 外 , Cath - D 还可以作为丝裂 原 , 促 进肿 瘤细 胞的 增 殖 [ 19 ] 。最近 ,报道显示 [ 20 ] ,内涵体缺酸化是导致某 些癌细胞蛋白酶 D 前体异常分泌的主要原因 。其 原因是内涵体缺酸化干扰酶受体复合物的正常拆卸 和高效受体在高尔基复合体上的再生 。
组织蛋白酶 D (Cath - D ) ,是 W estleg和 Roche2 fort等 [ 1 ]于 1979 年发现的一种天冬氨类溶酶体的 肽链内切酶 ,在酸性 pH 中可由雌激素诱导产生 。 其基因定位于染色体 11p15,主要分布在细胞内囊 泡 ,溶酶体 ,吞噬体和次级内涵体内 ,参与结缔组织 的分解代谢 。正常组织即合成 Cath - D ,在所有细 胞中都以低浓度存在 ,其正常功能是在溶酶体的酸 性 pH环境中分解蛋白质 ,在乳腺癌细胞中被过度 表达 ,其机制尚不清楚 。鉴于 Cath - D 在细胞内的 重要作用 ,近来 , Cath - D 引起了科研人员的极大兴 趣 ,目前已有很多文章论述了 Cath - D 在癌细胞中 的过度表达及其与癌细胞的关系 ,但很少提到 Cath - D 在细胞中的生物合成路线 。本文阐述了 Cath D 在细胞中的生物合成与转运 、生物功能及其与癌 细胞的关系 ,为临床治疗癌症提供依据 。
图 2 Cath - D 在细胞内的运输路线图
正常细胞内 , Cath - D 严格定位于酸性溶酶体
图 3 cath - D进入溶酶体中的加工过程
2 Cath - D 的生物功能 Cath - D 在细胞内蛋白质的代谢及酶原和激素
氨基酸和生物资源
·35·
原的激活中起着非常重要的作用 。通过蛋白的水解 作用 ,它可降低胞外基质 。而且 ,它可激活组蛋白酶 B ,再诱导激活尿激酶型纤溶酶原激活因子 (U roki2 nase - type p lasm inogen activater, 以下简称 UPA ) , 一种丝氨酸蛋白酶 ,与 UPA 受体 (UPA - R )结合 , 有调节与肿瘤相关的蛋白分解作用 。 rochefort概括 Cath - D 的功能为 : ①作为雌激素依赖的肿瘤标志 物 ; ②作为增生因子 ,通过 IGF - Ⅱ (胰岛素样增生 因子 - Ⅱ)受体起作用 ; ③作为蛋白酶 ,降解细胞的 基底膜 ;增加肽增生因子的合成和释放 。另有作者 认为 Cath - D 被公认为促分裂因子 ,且相关于 c m yc癌基因的扩增 [ 12 ] 。
内 。Cath - D 前体从高尔基体向下游酸性溶酶体运 输的途径主要由甘露糖 - 6 - 磷酸 (M - 6 - P) 介 导 [ 7 ] 。因此 ,在高尔基体上 ,蛋白酶 D 上的低聚糖 被共价修饰 ,而且甘露糖残基的 6 点位被磷酸化 [ 8 ] (图 2 ) 。M - 6 - P在高尔基体外侧网格中被甘露 糖 - 6 - 磷酸阳离子受体识别 ,被分解成溶酶体水解 酶 。然后通过芽生方式形成运输小泡 ,把 Cath - D 前体传送到晚期内涵体中 ,最后锚定至溶酶体 (图 2) 。 1. 3 Cath - D 在溶酶体中的加工和成熟
1 Cath - D 在细胞中的生物合成 1. 1 Cath - D 基因的转录
5 ! 端及其上游的基因序列控制着真核生物基 因的表达 [ 2 ] ,此段序列中某些基因启动子含有 TA2 TA 盒 ,是转录因子 IID ( TF IID )的结合位点 ,被称为 该基因的转录起始位点 。具有这种启动子的基因被 称为兼性基因或调控基因 。相反 , 启动子中没有 TATA 盒而依赖多元 GC盒作为转录起始位点的基 因被称为管家基因 ,如 SP1基因 [ 3 ] 。
总之 , Cath - D 可以降解基质和蛋白基底膜 ,且 通过激活组蛋白酶 B ,诱导 UPA 调节的肿瘤相关的 蛋白分解 。通过对肿瘤细胞的侵袭 ,可以过度表达 , 并可预测复发和转移的可能性 。
3 结语 酶溶体中全靶受体的运输是蛋白分解必不可少
的 ,所以 Cath - D 前体的加工及其在细胞内的运输 非常重要 。Cath - D 合成后被溶酶全靶受体从高尔 器中运输出来 , 进入溶酶体后被分解成双链形式 (34kDa和 14kDa) ,稳定且积聚起来 。当 Cath - D 基因过度表达时可以造成溶酶体靶通道过度负荷 , 导致 52kDa的持续分泌 [ 26 ]和其它溶酶体酶的释放 。 过度表达的 Cath - D ,其酸性蛋白分解活性可作用 于多种底物 (包括有丝分裂原底物和基底膜 ) ,从而 促进有丝分裂 、溶解基底膜 、细胞外基质和结缔组 织 ,加速癌细胞的生长和转移 。研究表明 : Cath - D 对早期复发和死亡都是重要指标 ,对乳腺癌预后有 明显的提示作用 ,特别在淋巴结阴性的患者中 [ 27 ] , Cath - D 可作为一个与癌症预后密切相关的预后指 标 。临床 上 应 用 简 便 的 免 疫 组 织 化 学 方 法 检 测 Cath - D 将有助于临床预后的判断 , 从而指导临床 治疗 。
正常情况下人类蛋白酶 DQ1 表达属于 TATA 非依赖型 ,转录起始点位于 TATA 盒上游 ,受控于 GC盒和管家基因的 SP1因子 ( TSSI) 。但在雌激素 刺激下转录情况则发生明显变化 ,据报道 ,乳腺癌细 胞中 , 由 于 雌 激 素 刺 激 使 Cath - D 分 泌 异 常 旺 盛 [ 5 ] ,此时蛋白酶 D 基因的转录变成 TA TA 依 赖 型 ,转录起始位点转移至 TATA 盒下游 28碱基处 [ 4 ] (图 1) 。由此可以看出 ,雌激素不仅能增加以 TATA 依赖型为主的蛋白酶 D 基因的转录还能影响该基 因的启动模式 。在正常情况下 , TATA 非依赖型的 转录占主导地位 ,长链蛋白酶 D 基因的信使 RNA 所占的比例较高 ;而在有激素刺激的情况下 ,蛋白酶 D 基因的 mRNA 优先转录的是短链 5 ! 非转译序列 (图 1) 。
摘要 :蛋白酶 D是溶酶体的重要组成部分 ,与癌细胞的生长和转移密切相关 。本篇综述了蛋白酶 D在细胞中的生物合成
路线及其在细胞内的生物功能 。旨在探讨组织蛋白酶与癌细胞的关系 ,为临床治疗癌症提供依据 。
关键词 :组织蛋白酶 D; 生物合成 ; 癌细胞 ; 生物功能
中图分类号 : Q7
文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 8376 (2009) 02 - 0033 - 04
Cath - D 的启动子兼有管家基因和调控基因两 种启动子的特点 [ 4 ] (图 1 ) 。由于这种复杂的结构 ,
收稿日期 : 2008 - 12 - 23 作者简介 :夏亚穆 ,男 (1974 - )副教授 ,主要从事生物活性物质的提 取 、分离 、合成等研究与开发工作 。 基金项目 :山东省自然科学基金 (No. Q2006B02)和兰州大学功能有 机分子国家重点实验室开放基金 (No. 200708). 3 通讯作者 E - mail: wwfreefly@163. com
使蛋白酶 D 的启动子能够进行两种类型的转录 ,即 TA TA 依赖型和 TATA 非依赖型 [ 4 ] 。 Cath - D 的转 录在跨越 52个碱基对 ( TSSI - V )的五个主要的转 录启始点 ( TSSⅠ - Ⅴ)开始 [ 4 ] (如图 1 箭头所示 ) 。 这 5个转录起始位点分别位于其密码子上游的 20, - 44, - 51, - 60和 - 72碱基处 。正常生理条件 下 ,人体的 Cath - D 基因转录所使用的起始位点 ,是 TATA 盒上游四个起始位点中的一个 ( TSS II - V ) , 但由于多元 GC 盒和 Sp1 序列的直接作用 ,从而产 生了五种长度不同的 mRNA。五种 Cath - D 的 mR2 NA 在长度关系中不同的只是 5 ! 间非翻译区域的 mRNA (蛋白酶 D 基因的开放阅读框架 ) 。正常生理 条件下 , TATA 非依赖型的转录占主导地位 ,四种较 长的非翻译区的 mRNA 占有很高的比例 。然而在 乳腺癌细胞中 ,短链非翻译区域的 mRNA 的比例明 显增加 。
氨基酸和生物资源 2009, 31 (2) : 33~36 Am ino A cids & B iotic R esou rces
组织蛋白酶 D生物合成及其功能的研究进展
夏亚穆 1 ,姜 鑫 2 ,王 பைடு நூலகம் 13
(1青岛科技大学化工学院 青岛 266042; 2青岛迪爱生精细化学有限公司 青岛 266000)
恶性肿瘤浸润和转移的控制对患者的预后是一 个重要的因素 。波兰学者 Kiluk等 [ 21 ]发现胃癌组蛋 白 Cath - D 水平平均高于正常组织的二倍 。也有学 者发现 Cath - D 的增加伴随肿瘤分化程度的降低 , 浸润深度 的 增 加 和 转 移 的 发 生 [ 22, 23 ] 。如 前 所 述 , Cath - D 被认为同 UPA 系统相互作用 ,有调节与肿 瘤相关的蛋白分解作用 。我们知道 ,肿瘤的浸润和 转移形成是一个多因素的过程 ,需要细胞分泌的溶 蛋白 酶 和 其 抑 制 因 子 的 协 调 作 用 才 能 完 成 [ 24 ] 。 UPA 水平的增高同这个过程有关 。研究发现 ,抑制 UPA 活性可以引起肿瘤浸润的抑制 [ 25 ] ,同时 U PA 在某些实验和人类的恶性肿瘤中也只有选择性的表 达 。UPA 的活力不仅通过其合成和分泌控制 ,而且 也通过特异性的抑制因子 ———纤溶酶原活性抑制因 子 ( PA I)的控制 。
相关文档
最新文档