OPA1与细胞色素C释放的关系及其在细胞凋亡中的作用.doc

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1、OPA1与细胞色素C释放的关系及其在细胞凋亡中的作用【关键词】OPA1；细胞色素C；细胞凋亡　　细胞凋亡(apoptosis)是细胞内外各种因素触发细胞内预存的死亡程序而导致细胞死亡的过程。细胞表现出连续的不伴有炎症反应的变化，最终细胞自主有序的死亡。细胞凋亡被认为是精确的基因调控执行的结果，是生物体更新正常细胞和清除异常细胞的重要手段［1］，对维持生物体正常发育和行使功能有重要意义。线粒体在细胞凋亡中的核心作用已经得到广泛认可，在凋亡信号的刺激下，线粒体膜结构发生变化，将膜间隙(IntermemberanceSpace，IMS)多种可溶性蛋白质释放入细胞浆，其中包括

2、细胞色素C、凋亡诱导因子(ApoptosisinducingFactor，AIF)和caspase酶原等［2］，而细胞色素C的释放是凋亡发生的关键事件，也是线粒体参与凋亡的主要方式。参与细胞色素C释放调控的因素有很多种，目前认为Bcl2家族蛋白与细胞色素C释放直接相关。该家族的BAX、BAK蛋白能与该家族另一类被称为“唯BH3域蛋白”的蛋白质形成跨线粒体外膜通道，释放细胞色素C［3］。另一类与细胞色素C释放有重要关系的蛋白被称为“线粒体塑形蛋白”家族，该家族蛋白以调节线粒体的融合分裂的方式参与细胞色素C释放的调控。OPA1是该家族的重要成员，位于线粒体内膜及膜间隙

3、，介导线粒体融合和内膜变化，是控制细胞色素C释放的重要环节［4］，是目前凋亡研究中引起广泛关注的重要分子。　　1OPA1的分子基础　　　　OPA1是核基因编码的蛋白质，其基因在染色体上的位置是3q28q29，它的突变可以引起常染色体显性遗传病视神经萎缩。OPA1的酵母同源物是Mgm1。OPA1基因序列长度≥40kb，拥有28个外显子，编码与动力相关GTP酶同源的含960个氨基酸残基的蛋白质［5］。　　图1OPA1分子结构　略　　OPA1分子结构如图1所示：包含1个GTP酶结构域(GTPase)，2个疏水重复序列(HR)和1个线粒体定位序列(MTS)。OPA1蛋白分子

4、定位于线粒体IMS及内膜，通过N端120个氨基酸残基的MTS域结合到线粒体内膜，分子的大部分结构在嵴内空间里，Mgm1的分布与OPA1一致。一般情况下，OPA1与线粒体膜的结合相当紧密［6］，用1MNaCl或者0.1MNa2CO3,pH511处理线粒体内膜都无法洗脱OPA1，而相同的处理能使细胞色素C从内膜上脱落。由于对hnmRNA选择性剪切方式不同，OPA1存在8种不同的剪切体形式，而且在不同的细胞中表达也不相同，这一特点给对OPA1的深入研究带来较大的困难。引起视神经萎缩病的变异大多发生在第8到第28外显子之间，蛋白质分子上主要表现为GTP酶结构域氨基酸残基变化［

5、7］。不同剪切体的线粒体运输过程是一致的［8］，OPA1在细胞浆内合成以后，在线粒体靶向蛋白的引导下进入IMS，之后移除掉基质靶向信号，成熟的OPA1分子锚定到线粒体内膜上。即使对于同一种剪切体来说，在斜切蛋白酶(rhomboidprotease)作用下，OPA1和Mgm1也是以可融性蛋白和膜结合性蛋白两种方式存在，而且这两种不同存在方式的蛋白对OPA1和Mgm1发挥生理作用都是必需的［8］。PARL是一种进化上高度保守的哺乳动物细胞线粒体内膜蛋白酶，参与产生可融性的OPA1分子［9］。但其具体作用机制目前尚不清楚，可能是PARL直接以OPA1为底物剪切OPA1分子，

6、也可能是PARL激活其他的蛋白酶对OPA1作用或者与其他蛋白酶共同剪切OPA1。　　2细胞色素C与细胞凋亡　　　　细胞色素C是呼吸链中的一个基本成分。细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据吸收光谱的不同，可分为细胞色素a、b、c三类。细胞色素c的铁卟啉是与血红素相同的铁原卟啉IX，卟啉环上的乙烯侧链与蛋白质部分的半胱氨酸残基相连接。细胞色素c在呼吸链上位于复合酶Ⅲ(泛醌细胞色素还原酶)和IV(细胞色素氧化酶)之间，负责传递电子［10］。正常情况下细胞色素C是一个相对分子质量为1.45×104的水溶性蛋白质，通过带负电荷的磷脂(主要是心磷脂)结合在线粒

7、体内膜的表面［11］，并不紧密，易于分离。细胞色素C与线粒体内膜的结合分为两种不同的形式［12］：通过静电作用的松弛型结合形式，即通过带的正电荷细胞色素C的赖氨酸残基和带负电荷的磷脂以正负离子结合形式结合；紧密型结合形式：通过疏水作用细胞色素C的部分插入线粒体内膜。　　图2细胞色素C的合成过程　略　　　　WangX等［13］揭示了细胞色素C的合成过程(如图2)：首先由核基因表达为细胞质内的原细胞色素C蛋白，然后在N端引导蛋白的参与下，或者原细胞色素C蛋白自身折叠成能穿越线粒体外膜的拓扑结构进入IMS。在细胞色素C铁原卟啉裂解酶(cytochromec