神经系统中富含亮氨酸重复结构的蛋白论文

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1、神经系统中富含亮氨酸重复结构的蛋白论文【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.freelotif），如Chaoptin则含有30个连续LRRs［3］.不同蛋白中L

2、RRs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

3、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，

4、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

5、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，LRR结构域均位于蛋白的N端且占整个蛋白结构的绝大部分.它们通过LRR结构与相应的配体或受体蛋白结合、相互作

6、用，从而在胚胎发育，神经发育，细胞极化，基因表达调控，信号转导等方面发挥作用.将上述蛋白与典型的LRR蛋白核酶/血管生成素抑制因子一同进行系统进化分析，结果显示，这些富含LRR结构域的蛋白主要分为三个系统发生群.不同种属来源的LRR结构域散布于这三个系统发生群中，揭示这些蛋白有可能由一个或几个共同的祖先进化而来(图3).上述发现的LRR蛋白有多种位于果蝇（Drosophila）的神经系统内，它们大多参与细胞细胞相互作用，多作为细胞黏连分子，在神经发育过程中扮演重要角色.我们在这里对上述蛋白进行一下简

7、单的介绍.Toll果蝇Toll基因编码一个跨膜蛋白,由803个氨基酸组成的19个富含亮氨酸重复序列的胞外区、跨膜区和269个氨基酸组成的胞内区构成.其中,17个潜在的糖基化位点和17个半胱氨酸残基均分布于胞外(图2).自合子期起，Toll蛋白表达贯穿于果蝇胚胎发育的整个过程，其主要分布于胚胎的腹侧，在胚胎发育的后期，主要使肌肉组织形成的过程中，其表达量明显升高.当RP3或其他运动神经元生长锥伸经肌细胞时，生长锥表面会表达大量Toll蛋白，其作用为支配突触末梢的肌细胞，当神经肌肉接头形成后，Toll表

8、达量随之下降.在Toll缺失突变体中，RP3生长锥有时会错误支配非目的靶肌细胞.此外，在非Toll表达期人为表达Toll蛋白，虽然能促使生长锥到达正确的目的细胞，但是会抑制神经肌肉接头的形成.因此认为，Toll局部作用并制约特定运动神经元生长锥支配其目的细胞，其时空表达调控对其在胚胎发育过程中的作用十分重要［6］.Slit在果蝇、线虫、大鼠和人类等均发现Slit基因的存在，它是由发育期神经管的腹侧中线胶质细胞分泌的一组Mr为170000~190000的分泌型糖蛋白，分