pkcδ诱导的细胞凋亡相关蛋白研究进展

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PKCδ诱导的细胞凋亡相关蛋白研究进展【摘要】蛋白激酶C是一个庞大的家族，参与了细胞内多种信息传导通路，具有复杂的生理功能，目前认为其亚型之一PKCδ可诱导细胞的凋亡。该过程信号通路复杂，相关蛋白种类繁多，除常见的caspase家族以外，p53、PLS-3、拓扑异构酶、Mcl-1等蛋白也参与了PKCδ对凋亡的调节过程。【关键词】PKCδ；凋亡；p53；PLS-3蛋白激酶C（PKC）是一类由多种同工酶组成的丝/苏氨酸蛋白激酶家族，处于磷脂酰肌醇代谢应答细胞所受到刺激的中心环节，与神经传导、肿瘤生长及细胞的生长、分化和凋亡等生理病理过程有着密切的联系。其中，PKCδ，一种不依赖于Ca2+的nPKC亚型，现认为可促进细胞凋亡过程［1］。在各种刺激因素的作用下，PKCδ16 可移位至线粒体［2］或细胞膜，促使caspase3活化［3］，将其切割并释放出活性片断［4］，进而磷酸化多种底物蛋白，使之活化或失活，最终引起细胞凋亡。在这个过程中，有多种细胞因子如细胞色素c，c-Abl，AnnexinV［5］NGF/p75［6］DNA-PK等都参与了细胞凋亡的调节，本文只就其中一部分，p53、PLS-3、拓扑异构酶Ⅱα和Mcl-1在PKCδ依赖的细胞凋亡途径中所起作用做一个简单的阐述。1DNA结合蛋白p53p53，是一种DNA结合蛋白，由p53基因编码的细胞核磷蛋白，作为转录因子，可调节多种基因的表达，如p21、Bax、Bcl-2、Gadd等，并可以与多种蛋白如c-Abl等相互作用［7］。其正常功能为调控细胞分化，维持细胞基因的完整性，对DNA损伤的修复以及细胞周期的正常运转。白血病、骨肉瘤、肺癌、直肠结肠癌中，p53蛋白发生突变或缺失。16 对于P53在细胞死亡信号过程中的作用，已经进行了很多的研究。活性氧或者活性氮处理细胞，可引起细胞死亡，其中细胞内p53蛋白水平升高，其N－端的9，15，20丝氨酸磷酸化水平升高［8］该过程可由各种激酶调节，这些酶调节的p53N端磷酸化可使p53从MDM2解离，达到稳定存在，细胞中p53累积，诱导或者加速细胞凋亡［9］。在PKCδ诱发的细胞凋亡过程中，p53也是很重要的调节因子。细胞过量表达p53时，可调节细胞周期并引起细胞凋亡，但当利用siRNA技术使该蛋白缺失时PKCδ诱导的细胞凋亡率显著降低［10］，但是在单独异位表达p53时，却并不能诱导细胞凋亡，只有与PKCδ共表达，才又再次恢复诱导凋亡能力。研究表明，p53有诸多的磷酸化位点，比如371、376和378等位的丝氨酸，不同位置氨基酸的磷酸化，可引发各不相同的反应。其中，p5315和46位丝氨酸的磷酸化是PKCδ引发细胞凋亡过程中重要的一环。在NO诱使的多巴胺能细胞凋亡过程中，PKCδ因酪氨酸硝化得以激活，进而磷酸化p5315位丝氨酸，磷酸化的p53与MDM2的结合能力减弱，蛋白酶基础降解水平降低，即稳定性增加，蛋白不断积累，进而诱导细胞凋亡［11］。同时PKCδ与p53DINP1结合，将p5346位丝氨酸磷酸化［12］，促使形成细胞凋亡诱导蛋白p53AIP1，引起细胞凋亡。除了与p53蛋白直接反应之外，PKCδ还能通过影响p53的表达来影响细胞的凋亡（同46Ser）。在PKCδ16 诱导的细胞凋亡中，p53的表达明显升高，而抑制其活性时，p53的基础表达量有了明显的降低［13］。2磷脂转移酶磷脂转移酶（PLS）是一种对于细胞线粒体形态、功能以及凋亡应答都具有重要作用的酶。该家族具有四名成员，分别为：位于细胞膜，可转移到细胞核的PLS1（14），位于细胞核但目前了解并不清楚的PLS2以及存在于线粒体的PLS3，其中，PLS3与细胞凋亡的关系最为密切。当细胞内过量表达PLS3时，便可增加UV诱导的细胞凋亡，并且增加线粒体外膜心磷脂（双磷脂酰甘油cardiolipin）的数量。如果抑制PLS3的表达，可以引起小鼠胰岛素耐受，葡萄糖耐受不良和血脂障碍，导致腹部脂肪的异常堆积［15］。研究表明，PLS3也有参与了PKCδ介导的细胞凋亡过程。例如，在UV照射后，PLS3可以以高亲和力状态直接与PKCδ结合［16］。另外，AD198处理后，PKCδ转位至线粒体，诱发细胞色素C的释放以及随后caspase的激活［17］。在此过程中，PKCδ16 可直接与PLS3结合，并将21位苏氨酸磷酸化，使其获得更高活性。PLS3磷酸化后，处于活化状态，加速了线粒体内膜合成的心磷脂外翻到外膜的过程，加强tBid对线粒体的定位，进而诱发caspase的活化以及细胞色素c的释放，进而诱导细胞凋亡。PKCδ与PLS的结合并将其磷酸化的过程发生于细胞凋亡早期，位于caspase级联反应上游，且不依赖于线粒体通透性的改变。3拓扑异构酶Ⅱα拓扑异构酶是一种调解DNA拓扑学状态的酶，其方式是一过性剪切和再连接双链DNA，催化DNA环的解环和解结，催化超螺旋化DNA的松弛，也是细胞核间质以及有丝分裂的染色体支架的组分。对间期染色质浓缩成间期染色体以及后期姐妹染色单体分离都具有重要作用［18］。该家族包括两个亚型：Ⅰ型酶在双链结构中使其中一条链暂时断裂，而拓扑异构酶Ⅱ型使双链结构均暂时断裂。拓扑异构酶Ⅱ参与细胞内多项进程，比如复制、转录、重组以及染色质的浓缩与解离等。在DNA损伤诱发的PKCδ16 依赖性细胞凋亡过程中，拓扑异构酶作为其底物之一，也起到了重要作用。当DNA受到损伤时，PKCδ转位到细胞核，除与DNA-PK以及Rad9相互所用之外，还可以与拓扑异构酶Ⅱα发生反应［19］。PKCδ的催化活性片断可直接与拓扑异构酶Ⅱα的C端结合，增加拓扑异构酶的稳定性及催化活性，将它持续保持与DNA处于结合的状态，这种酶与DNA稳定结合的复合物引发DNA损伤，进而诱导细胞凋亡。同时，PKCδ的活化还可以引起拓扑异构酶Ⅱα的过量表达，而此酶的过表达也可以诱使细胞转向凋亡。目前有多种抗癌药物的作用靶点便是拓扑异构酶Ⅱ。4Bcl-2蛋白的同系物Mcl-116 Mcl-1是Bcl-2蛋白的同系物，由于在类单核细胞ML-1分化时上调而鉴定的一种蛋白质。Mcl-1是Bcl-2家族独特的一员，半衰期较短，对于环境改变以及刺激因子可快速产生应答，而且其表达受转录以及翻译水平等多种途径调节。例如可对佛波酯［20］或白介素3［21］产生应答，并且在小鼠造血干细胞的早期移植以及发育过程中起到重要作用［22］，该蛋白与PKCδ依赖性细胞凋亡密切相关。Mcl-1敲除小鼠，可造成胚胎致死，利用siRNA下调Mcl-1水平时，可使得PKCδ诱导的HaCaT细胞凋亡显著增加。Mcl-1可结合Bak、Bax等Bcl-2家族蛋白［23］，在UV诱导的细胞凋亡过程早期，Mcl-1缺乏，Bak、Bax蛋白可自由形成寡聚体，调整线粒体微孔结构，促使细胞色素c和其他促凋亡蛋白因子由线粒体释放以及Bax转位。这些因子的释放，激活caspase-9，以及随后的caspase-3活化，最终导致细胞凋亡。在PKCδ依赖性的细胞凋亡途径中，PKCδ被激活后，部分会转移至线粒体，易与同位于线粒体的Mcl-1蛋白发生反应。Mcl-1可被PKCδ直接磷酸化，磷酸化后的蛋白易被水解，造成水平降低，循环加速，促进细胞凋亡；异位表达PKCδ，也可增加Mcl-1的蛋白转换从而起到下调作用［24］。16 在UV以及其他刺激物诱导的细胞凋亡过程中，PKCδ的剪切以及活化是caspase依赖性的，发生于caspase活化之后，而Mcl-1的缺失却是caspase活化所需条件。PKCδ催化活性片断调节最初的Mcl-1下调，引起Bax/Bak活化，细胞色素c释放，进而caspase激活。因此Mcl-1是强化细胞凋亡级联反应中正反馈回路的关键蛋白。5结语多种影响因素可以使PKCδ活化，磷酸化caspase3，随之caspase3切割PKCδ并释放出活性片断（CF）。PKCδCF可磷酸化多种蛋白，比如DNA-PK、laminB、p53等，将其激活，进而引起细胞DNA损伤。PKCδ的功能与所选的细胞种类，诱导物有密切的关系。随着其定位于线粒体、细胞膜及细胞核等不同的位置，可通过激活不同的信号传导途径从而影响不同的蛋白活性以及表达，进而影响细胞的生长。由于PKCδ作用底物种类众多，信号传导通路复杂，因此虽不断有新的PKCδ作用途径提出，其最终的作用机制以及调解因子目前仍然没有得到确定，但随着研究的不断深入，PKCδ与细胞凋亡的联系终将会越来越清晰。16 【参考文献】1TaketoshiKajimoto.Ceramide-inducedapoptosisbytranslocation，phosphorylation，andactivationofproteinkinaseCδinthegolgicomplexJ.Biol.Chem，2004，279：12668-12676.2MichaelJ，Humphries，KirstenH.Limesand，SchneiderSuppressionofApoptosisintheProteinKinaseCJ.Biol.Chem，2006，281：9728-9737.3VossOH，KimS，WewersMD，etal.RegulationofMonocyteApoptosisbytheProteinKinaseCδ-dependentPhosphorylation16 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