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1、生物物理学报第十六卷第二期二○○○年六月ACTABIOPHYSICASINICAVol.16No.2Jun.2000磷酸肌醇家族与细胞功能欧阳英石(中国科学院生物物理所生物大分子国家重点实验室,北京100101)摘要磷酸肌醇具有信号前体的作用,在激动剂作用下可产生第二信使。近年研究表明磷酸肌醇家族成员本身也可作为脂质第二信使将效应器蛋白聚集于特定膜区以调控它们的组装或活性。磷酸肌醇与蛋白的结合主要依赖于PH、FYVE及PTB结构域。磷酸肌醇家族成员参与许多细胞活动诸如离子转运,膜泡运输,信号转导,细胞骨架再组装和核基因调控。
2、关键词:磷酸肌醇;磷酸肌醇结合结构域;细胞活动中图分类号:Q73文献标识码:A文章编号:1000-6737(2000)02-0195-09磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PtdIns)的肌醇环上第3,4,5位羟基在相应激酶催化(polyphosphatidylinositol),下通过相继磷酸化形成多磷酸磷脂酰肌醇两者统称为磷酸肌醇(phosphoinositides,PI)。图1显示目前已知PI家族成员的代谢途径,由相应的激酶和磷酸酶催化而成。磷酸肌醇家族的极性头部肌醇环的构型为D型,D4位的磷酸肌醇
3、包括PtdIns(4)P和PtdIns(4,5)P2,主要由PtdIns4-Ks(phosphatidylinositiol4-kinases),PI5-Ks(phosphoinositide5-kinases)依次磷酸化PtdIns及其产物(图1:2,6)。哺乳动物细胞含有微量PtdIns(5)P,说明可能存在一条新的合成PtdIns(4,5)P2途径(图1:3,5)1。D3位的磷酸肌醇有PtdIns(3)P,PtdIns(3,4)P2,PtdIns(3,5)P2和PtdIns(3,4,5)P3。类型I,IIPI3-Ks(
4、phosphoinositide3-kinases)负责合成PtdIns(3,4)P2和PtdIns(3,4,5)P3(图1:4),而类型IIIPI3-Ks只利用PtdIns合成PtdIns(3)P(图1:1)。除上述主要合成途径外,PIPKs(phosphatidylinositolphosphate4-kinases),PI5-Ks也能合成PtdIns(3,4)P2和4-PtdIns(3,4,5)P3(图1:5,5/6)。多年以来PtdIns(4,5)P2的主要作用被认为是磷酸肌醇双信使系统IP3/DAG的前体,在激动剂
5、刺激靶细胞时,被磷脂酶C水解产生IP3/DAG,分别启动胞内Ca2+信号系统和特异性激活PKC。近年研究表明PtdIns(4,5)P2还能作为激酶的底物合成脂质第二信使PtdIns(3,4,5)P3,或者本身直接与细胞内相关蛋白特异性结合,影响它们的定位及活性2。因此磷酸肌醇家族成员作为脂质第二信使(lipidLSM),在膜系统特定空间区域富secondmessengers,集后,聚集效应器蛋白来调控它们的活性,进而介导细胞内一系列分子事件3。1与磷酸肌醇结合的蛋白质结构域大部分磷酸肌醇的效应器蛋白都含有PH(pleckst
6、rinhomology)结构域,它最初是在pleckstrin(血小板中PKC主要底物之一)N端和C端被发现的。PH结构域约含100个氨基收稿日期:1999-12-02作者简介:欧阳英石,研究生,电话:010-64888516,E-mail:yuejc@sun5.ibp.ac.cn研究热点与进展Fig.1Syntheticpathwaysforphosphoinositides.Solidarrowsrepre2sentkinasereactionswithmajorpathwaysindicatedbyboldarrows
7、.Dottedarrowsrepresentphosphatasereactions.Numberscorrespondtoindividualenzyme-catalysedreactions(detailsreferredtothecontext).Ks(type④PI3-III)①PI3-(supposed)②PtdIns4-Ks③PtdIns5-Ks⑥PI5-KsKs(typeI,II)⑤PIP4-Ks⑦3-phosphatase⑧4-phosphatase⑨5-phosphatase酸残基,最明显的特征是其C末端总
8、有1个色氨酸残基。不同来源PH结构域一级结构序列同源性一般只有10～20%,但它们具有相同的拓扑学结构,即三四条反平行β链形成β桶状结构,桶状结构一侧由其C端折叠而成的α-螺旋结构封闭4。不同PH结构域的loop区变化很大,决定了其与磷酸肌醇家族成员结合的选择性。与此家族成员结合的结构域还
