神经系统中富含亮氨酸重复结构的蛋白

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1、神经系统中富含亮氨酸重复结构的蛋白【关键词】神经系统；富亮氨酸重复；蛋白相互作用；功能　　【摘要】从细菌到哺乳动物，多种物种的神经系统内都存在有一3D结构为马蹄形的富亮氨酸重复结构（LRR）蛋白，其主要在信号转导，细胞黏连，神经系统发育等过程中起作用.过去的几年内，在无脊椎动物及脊椎动物神经系统内发现了许多具LRRs的蛋白，它们参与了多种神经生理活动.对这些蛋白的功能作进一步分析，有助于揭示该蛋白家族的分子作用机制，并对进一步认识神经系统的发育等重要生理活动有所裨益.　　【关键词】神经系统；富亮氨酸重复；蛋白相互作用；功能　　随着对神经系统发育研究的进展,目前发现了多种参与神经系统发

2、育的基因、蛋白，近几年内，在研究神经系统发育的过程中发现在果蝇及一些脊椎动物神经系统内的多种蛋白均具有相同的结构域富亮氨酸重复结构域，目前已发现20多种具富亮氨酸重复结构域的蛋白存在于神经系统内.　　富亮氨酸重复结构（Leucinerichrepeats，LRRs）是于1985年首次发现存在于人血清中一种未知功能的糖蛋白，富亮氨酸α2糖蛋白（leucienrichα2glycoprotEin）［1］,目前已在多种组织中的60多个功能相异及细胞定位不同的蛋白中发现了富亮氨酸重复结构.　　富亮氨酸重复结构不同于被广泛认识的亮氨酸拉链结构.亮氨酸拉链存在于寡聚蛋白中，包括许多DNA结合蛋白

3、，如cfos和cjun原癌基因产物.亮氨酸拉链由重复的7个氨基酸残基构成，亮氨酸位于第7位氨基酸上.这些亮氨酸位于其构成的α螺旋一侧，其侧链向外伸出，构成状如齿形排列的半拉链，与其异源的互补α螺旋接触后，可借助侧链疏水性交错对插，形成具有稳定卷曲螺旋结构的二聚体，即亮氨酸拉链［2］.富亮氨酸重复结构与富亮氨酸拉链唯一相似之处在于，两者的保守亮氨酸残基间都具有特定的间隔，并且这些亮氨酸无法被其他疏水性氨基酸所替代.然而两者间亮氨酸残基间的距离不同，只有在羧基端（C端）的LRRs中的特定亮氨酸之间间隔有7个氨基酸.LRRs与亮氨酸拉链中的亮氨酸功能也完全不同，亮氨酸拉链中的亮氨酸残基参与

4、了亮氨酸拉链的寡聚化形成，而LRR中亮氨酸只参与了结构构成，并不直接参与蛋白之间的作用.　　对含有LRRs蛋白的一级结构分析显示，LRRs通常呈连续分布，有的蛋白只含有一个LRR，如血小板糖蛋白Ibβ，有的蛋白则含有多个LRR基序（motif），如Chaoptin则含有30个连续LRRs［3］.不同蛋白中LRRs结构长度可变，通常含有20~29个氨基酸残基，其中最常见的LRR结构含有24个氨基酸残基，它们都含有一个长度为11个氨基酸残基的保守序列，排列为LxxLxLxxN/CxL(“x”可为任意氨基酸)，其中第1，4，6，11位氨基酸通常为亮氨酸(Leu)或其他脂肪族氨基酸，第9位氨

5、基酸为天冬氨酸Asp或半光胺酸Cys［3］.结构研究显示LRRs的排列越规则其3D结构也越规则.当1，4，6，11位上的Leu被其他疏水性氨基酸如异亮氨酸，缬氨酸或苯丙氨酸所代替时，LRRs重复结构会变得不规则［4］.　　人们对LRRs3D结构的认识来自对猪肝脏核糖核酸酶抑制因子（RibonucleaseInhibitor,RI）X射线衍射分析［5］.RI为一种胞浆蛋白，其几乎完全由15个连续的LRRs结构组成，它可与包括催化位点在内的核糖核酸酶表面的大部分区域牢固结合，从而起到抑制核糖核酸酶对RNA的剪切作用.对核糖核酸酶抑制因子晶体结构的研究揭示了LRR连续重复的3D结构构成，每

6、一个独立的亮氨酸重复构成一个独立的βα单位，由一个短的β折叠和一个α螺旋组成，两者近乎平行排列.另外，每个连续重复的α螺旋围绕一个共同的轴，彼此也近乎平行地排列，构成一个弯曲的马蹄形结构的外层，β折叠围绕此轴平行排列为β片层结构构成马蹄结构的内层（图1）.　　正是LRR蛋白的这种马蹄状结构的特性，使得其容易和较小的球状蛋白相结合，并可增强它们之间的亲和力和相互作用.目前已知的LRR蛋白除具有重复结构的相似处之外，其另一个共同的特点就是富含亮氨酸重复序列蛋白质的LRR结构域为与其他蛋白相互作用的结合区.LRR蛋白主要在信号转导，细胞黏连，发育，DNA修复、重组、转录，以及RNA加工等方

7、面起作用.它们分布广泛，从细菌到哺乳动物中都有存在，并且在多种组织以至细胞器中也有发现.过去的几年内，在无脊椎动物及脊椎动物神经系统内发现了多种具LRRs的蛋白(表1).而我们最感兴趣的正是这些存在于神经系统内的LRR蛋白.表1神经系统中含有富亮氨酸重复结构的蛋白（略）　　我们对上述这些蛋白进行了初步的结构及功能域分析，以及细胞定位分析，结果显示这些蛋白中绝大部分位于细胞膜上，只有Slit蛋白分泌到胞外，LANP蛋白定位到核内（图2），在整个蛋白序列中，L