首页  课程概况  申报材料  授课点播  教学课件  教材教案  实验平台  教学研究  教学论坛  相关资源 
 
  当前位置:内容页

概述CIDEs家族的研究进展
2009-06-15 15:57   发布范围:公开

口腔医学系三队  廉 诚

摘  要CIDE(the cell-death-inducing DNA-fragmentation-factor-like effector)即诱导细胞死亡的DFF45样效应因子,是诱导细胞凋亡因子家族中的一个新的成员。CIDE蛋白有两个重要结构域,即CIDE-N区和CIDE-C区。CIDE的过度表达可以诱导细胞凋亡的发生。

关键词细胞凋亡;结构与功能;凋亡机制;意义


0 引言

细胞程序化死亡即细胞凋亡,是细胞自我毁灭的生理过程[2]。细胞凋亡这一概念,最先是由病理学家Kurr于1972年提出。随着研究的深化发现,细胞凋亡是一个主动的过程,也需要基因的调控参与和新的蛋白质的合成。凋亡信号传导的中心环节是叫做caspase(cysteine containing asparate specific protease)家族的激活,即半胱氨酸基-天冬氨酸基-特异性蛋白酶家族。来自细胞内外的信号均可启动该信号的传导途径,引起细胞凋亡的发生[3]

哺乳动物细胞中caspase信号的激活途径主要有两条:其一是线粒体(mitochondria)细胞色素C(cytochrome C,Cyt-C)途径,另一是死亡受体(death recep tors, DR)途径。CIDEs家族,就是Inohara等在研究caspase凋亡机制时发现的与DFF45N-端具有很高同源性的蛋白[4]

本文就CIDEs家族的组成分布,功能与结构的关系,诱导凋亡的机制和生物学意义等几个方面内容作简要介绍。

1 CIDEs家族组成

目前文献报道的成分有8种:CIDE-A,CIDE-B,CIDE-3,FSP27,DFF40,DFF45,DFF35,DREP[3]。其中,人类CIDEs家族中有CIDE-A,CIDE-B,CIDE-3三种,CIDE-3为最新发现的家族成员;鼠类为CIDE-A,CIDE-B,FSP27三种[1],FSP27主要分布在终期分化的脂肪细胞上;DREP主要在线虫中发现;CIDEs与DFF45和DFF40在N-端高度同源[3]

2 CIDEs的分子结构

从结构上看,CIDE蛋白可以裂解为两个结构域,分别是CIDE-N区和CIDE-C区[4]

从功能上看,N-端是其同类分子同类分子相互作用的结构域,与DFF45和DFF40有高度的同源性。在调控细胞凋亡时,CIDE-N可通过与含有N端的其他蛋白结合来发挥作用。CIDE-N区含有75个氨基酸,其空间结构是一个螺旋的五股β片层和2个α螺旋构成的α/β折叠结构。其N-端可通过静电力与DFF40和DFF45的N-端结合,形成CIDE-N/DFF-N的复合物,从而调控下游凋亡的发生。C-端为功能结构域,含有CIDE家族独有的同源物,能够发挥诱导细胞凋亡功能[5]

2.1 CIDE-A的结构  CIDE-A的核苷酸序列有两个潜在的翻译起始位点,这两个位点之间相距51个核苷酸,分别翻译两种蛋白质,分别含有217个氨基酸和200个氨基酸,二者基因序列几乎完全相同,只是后者缺少了N端的17个氨基酸[1]。CIDE-A的C端与其在线粒体膜的定位有关,对于诱导细胞凋亡也是非常必要的;而其N端则是DFF45抑制CIDE-A介导的细胞凋亡所必须的。N端发生突变或只有C端的突变体,失去可以调节的部位,表现出更强的凋亡诱导特性[4]

2.2 CIDE-B的结构  CIDE-B定位于线粒体内,有同源二聚体和异源二聚体2种分子形式。线粒体的定位和分子结构的二聚化是CIDE-B发挥作用的必要条件。C-端中166~195这30个氨基酸基序是CIDE-B的最重要的定位和功能结构域,它们是CIDE-B定位于线粒体的部位,也是与CIDE-B之间形成二聚体的结合部位。NS2蛋白与其发生作用的部位也在此区域[17]

2.3  CIDE-3的结构  CIDE-3是CIDE家族中最新发现的成员,为鼠FSP27在人类的同源物。CIDE-3的N端与CIDE-A/B均有高度同源性,在细胞中也发挥诱导核固缩和DNA裂解的作用。CIDE-3的基因位于人类3p25染色体的AC0077883基因克隆上,长约169kb,含延续13kb的六个外显子[1]。实验证明CIDE-3基因存在选择性剪切,可以产生含6个外显子的长mRNA转录物(CIDE-3)和含5个外显子的短mRNA转录物(CIDE-3α)。CIDE-3由CIDE-3基因的全长开放读码框构成,含238个氨基酸。较短的转录物CIDE-3α是CIDE-3的选择剪切后形式,其基因缺乏外显子3,由外显子4作为转录起始位点,缺少CIDE-3N端的74个氨基酸。基因的选择性剪切并不影响CIDE-3α的细胞定位,CIDE-3α与CIDE-3细胞定位相同,但其凋亡诱导活性弱于CIDE-3。由此推测,CIDE-3基因的选择剪切产生不同的同源蛋白,可能是调节CIDE-3活性的一个机制[7]

2.4  FSP27的结构  FSP27在鼠组织中表达,与CIDE-3高度同源。与CIDE-3不同,FSP27是脂肪细胞的特征性基因。FSP27与脂肪细胞的终止分化有关,其表达可被肿瘤坏死途径调控,具体功能尚不清楚[17]

3 组织特异性分布  CIDE-A:CIDE-A的mRNA的分布相对较广,但表达有组织特异性,含有1.3kb和1.0kb两个转录模板。前者在心脏中高表达,在骨骼肌、大脑、淋巴结、胸腺、阑尾和骨髓中低表达;后者在胎盘中低水平表达[4]。此外,用CIDE-AmRNA探针技术还检测到一个0.7kb的转录模板,在肾脏和心脏中表达。研究发现,CIDE-A还可以在293T胎肾,MCF7乳腺瘤和SHEP神经母细胞瘤细胞系中表达[1]

CIDE-B:CIDE-B的分布较窄,有1.3kb和2.5kb两个转录模板。前者在肝脏和小肠中高表达,但在结肠和肾脏中低表达;后者在脾脏中低表达。但有关研究显示,CIDE-B在脊髓中有明显的表达,并且在周围神经受损后表达增强。

CIDE-3:CIDE-3的组织分布方面有其自身特点。主要分布在小肠,结肠,心脏和胃中,另外在脑,肾,肝脏和胎盘中少量表达[7]

4 结构与功能

4.1  N-端的结构  CIDE-N结构是这一家族蛋白质相互作用的结构基础,主要通过分子之间的盐键发挥作用,起功能的调节作用。在DFF45与DFF40的N-端均形成了一个中心结构域。DFF40的中心结构域是以Phe219、Val221、Ala222这3个氨基酸残基组成中心,边缘环绕着带正电荷的碱性残基β1、β2、α1(Lys29、Lys28、Lys232、Arg236),这样DFF40的N-端形成一个凹陷状的疏水基序。而DFF45的中心结构域是以氨基酸(Tle269)、Val270、Tyr275组成中心,边缘环绕着带负电荷的Asp266、Asp271、Asp272、Asp274这4个氨基酸残基,从而形成一个凸起的亲水基序[9]

4.1.1 DFF40和DFF45的相互作用  DFF45是DFF40的抑制因子,正常情况下,它俩结合在一起,使DFF40不具有DNase的活性。由于DFF45和DFF40是以静电力结合的,这种亲水-疏水的结合很容易被caspase-3裂解,DFF40被释放并激活,形成DNase(DN酶)。但是如果没有DFF45的存在,新形成的DFF40也得不到正确的构形,即使有诱导凋亡的信号产生,也不能激活DFF40使之形成DNase。所以,DFF45和DFF40之间的关系是相互伴随,相互诱导[6]

4.1.2  DFF35和DFF40的相互作用  DFF35是DFF45的异构体,与DFF45的功能基本相同。DFF35结合DFF40的能力更强,但不与DFF40伴随结合,而是能在没有caspase-3,7的存在下,结合DFF40,抑制其活性,有更强的抑制作用。并且DFF35不能像DFF45那样在凋亡信号的启动下协助DFF40活化为DNase[10]

4.1.3  CIDE-A,-B,-3的氨基端  N-端是其调节部位,失去调节部位,会表现出更强的诱导凋亡作用。

4.2  C-端的结构  C-端是诱导细胞凋亡的功能结构域,含有CIDEs家族独有的同源物。CIDE-A的C-端是其诱导细胞凋亡的主要基序。CIDE-B的C-端决定其在线粒体上的定位和二聚体的形成[10]。

5 CIDEs参与细胞凋亡的机制

凋亡在生物进化和器官体内平衡等方面起着非常重要的作用,但同时也是一些疾病的关键发病因素,例如肿瘤,神经变性紊乱等等[1]。凋亡机制被一个在死亡细胞中激活的进化保留的基因程序控制,分为依赖caspase和不依赖caspase的两种。正常情况下DFF45伴随DFF40发挥抑制CIDE诱导的凋亡的作用,当有凋亡信号时,通过一系列反应,caspase-3被激活,分解DFF45的C-端,DFF45的N端与CIDE-B的N端结构相似,可通过静电力相互作用结合形成复合物,从而使DFF40游离出来。游离的DFF40在其N端发生折叠,由此构建成了具有DNase活性的活化DFF40。活化的DFF40与核小体间的连接蛋白结合,作用于核小体连接部,直接消化DNA,引起DNA断裂。

使用caspase抑制物,不会影响CIDE-A介导的细胞凋亡,说明CIDE-A介导的细胞凋亡是非caspase依赖的。CIDE-A的表达可以加强由Fas和CLARP介导的细胞凋亡,而CLARP是与caspase-8反应的caspase类蛋白,参与CD95/Fas凋亡途径。CIDE-A、CIDE-B介导的细胞凋亡均可以被DFF45和Drosophila-1抑制[4]

除了CIDE家族的核酸内切酶,CIDE-B的线粒体定位和二聚体化也可以直接或间接的引起DNA消化、裂解。CIDE-B依靠线粒体定位,可能直接与线粒体上Bcl-2家族蛋白,如Bcl-2、Bcl-xL螯合,使这些抗凋亡蛋白失活,由此增强凋亡的发生;CIDE-B二聚体化可提高其在线粒体内的局部浓度,可能直接导致线粒体的改变,如线粒体膜电势改变、诱导活性氧产生、使线粒体释放诱导因子如cyt-c(c,cytochrome c)等等[11]。但最新研究发现,使用CIDE-B探针染色,未发现其在线粒体上着色,由此部分学者对CIDE-B在线粒体上的定位提出质疑,CIDE-B在线粒体上直接诱导细胞凋亡的机制也有待进一步证实[7]。在胸腺上皮细胞中,细胞外蛋白酶抑制剂基因的过度表达,可以诱导CIDE-A等诱导凋亡因子的表达[12];在肥大细胞的细胞凋亡中,IL-4可以诱导CIDE-A等多种细胞生长抑制相关基因的表达。在这些实验中,CIDEs都作为检测细胞凋亡发生的指标[1213]。CIDEs一般不在鼠的肝脏组织中表达,添加过氧化物酶增殖物活化受体-α(PPARα)的配体,可观察到CIDEs mRNA在肝细胞中出现,但CIDEs的表达并不依赖PPARα,据此推测,PPARα可能在脂肪形成过程中上调,CIDEs的表达使肝脏获得脂肪细胞表型的同时也促进细胞凋亡[14]。CIDE-B覆盖在白三烯B4受体2(BLTR2)cDNA开放读码框架的反义链上,当两者同时表达时,其两条互补的mRNA可能相互杂交而抑制翻译的进行[15],由此可见,在细胞凋亡过程中,CIDEs与许多细胞因子在不同的水平上相互作用。但CIDEs与细胞因子作用的具体机制及CIDEs在整个细胞凋亡网络中所处的地位尚不清楚,有待进一步研究。CIDE-B催化细胞凋亡的活性区域即CIDE-B的C端,可与HCV的NS2蛋白相互作用。NS2通过中和CIDE-B释放的cyt-c的方式阻断CIDE诱导细胞凋亡的途径,抑制CIDE-B诱导的细胞凋亡[16],而HCV的感染常引发肝癌,由此推测,CIDE-B的抑制可能与肿瘤的发生有关。

CIDE-3基因定位在3p25染色体上,该区与杂合性的丢失相关,在许多肿瘤组织中均发现该区存在较高的基因删除,推测CIDE-3的定位区域与肿瘤发生可能存在联系,但CIDEs与肿瘤发生的内在联系及具体机制仍不清楚[7]

6 生物学指导意义

CIDEs家族的发现,使人们对诱导细胞凋亡的机制有了进一步的认识,也说明促使细胞凋亡的原因是复杂多样的,受多个基因的调控。它的应用前景非常广阔,比如肿瘤的治疗,防衰老药物的研制等等,都可能与CIDEs有密切关系。然而,CIDE作用的精确分子机制,具体在组织细胞中的分布等问题,还有待我们进一步的做更深入的研究,为我们以后的研究或临床实践打好基础。

参  考  文  献

1.  李航,张静,姚丽,李青,CIDE家族在细胞凋亡中的研究进展

2.  刘斌剑, DFF和CIDE介导细胞凋亡的分子机制.国外医学分子生物学分册,2003,25:44-47.

3.  孙红振1,王正国2,朱佩芳2    CIDEs在细胞程序化死亡中作用的研究进展 伤外科杂志2006年第8卷第3期

4.  Inohara N,Koseki T,chen S,et al.CIDE,a novel family of cell death activators with homology to the45Kda subunit of the DNA fragmentation factor.EMBO J,1998,7:2526-2533.

5.  Lugovskoy AA,Zhou P,Chou JJ,et al.Solution Structure of the CIDE-N Domain of CIDE-B and a model for CIDE-N/CIDE-N interac-tions in the DNA fragmentation pathway of apoptosis.Cell,1999,99:747 -755.

6.  Chen Z,Guo K,Toh SY,et al.Mitochondria localizationand dimerization are required for CIDE-B to induce apoptosis.J Biol Chem,2000,275:22619-22622.

7.  Liang L,Zhao M,Xu Z,et al.Molecular cloning and characterization of CIDE-3a novel member of the cell-death-inducing DNA-frag-mentation-factor(DFF45)-like effector family.Biochem J,2003,370:195-203.

8.  Reed JC,Doctor K,Rojas A,et al.Comparative analysis of apoptosis and inflammation genes of mice and humans.Genome Res,2003,13:1376- 1388.

9.  Zhou P,Lugovskoy AA,McCarty JS,et al.Solution structure of DFF40and DFF45N-terminal domain complex and mutual chaperone activity of DFF40and DFF45.Proc Natl Acad Sci USA,2001,98:6051-6055.

10. Chen D,Stetler RA, Cao G,et al.Characterization of the rat DNA fragmentation factor 35 /Inhibitor of caspase2activated DNase ( Short form):the endogenous inhibitor of caspase2dependent DNA frag2 mentation in neuronal apop tosis[J]. J Biol Chem,2000,275 (49):38508 - 38517.

11. Erdtmann L,Franck N,Lerat H,et al.The Hepatitis C Virus NS2Pro-tein is an inhibitor of CIDE-B-induced apoptosis.J Biol Chem,2003,278:18256-18264.

12.  Lora JM,Al-Garawi A,Pickard MD,et al.FcepsilonRI-dependent gene expression in human mast cells is differentially controlled by T helper type2cytokines.J Allergy Clin Immunol,2003,112:1119-1126.

13. Jung DJ,Bong JJ,Baik .Extracellular proteinase inhibitor-acceler-ated apoptosis is associated with B cell activating factor in mammary epithelial cells.Exp Cell Res,2004,292:115-122。

14. Yu S,Matsusue K,Kashireddy P,et al.Adipocyte-specific gene ex-pression and adipogenic steatosis in the mouse liver due to peroxisome proliferator-activator receptorγ1(PPARγ1)overexpression.J Biol Chem,2003,278:498-505.

15. Nilsson NE,Tryselius Y,Owman C.Genomic organization of the LeukotrieneB4Receptor Locus of Human Chromosome14.Biochem Biophys Res Commun,2000,274:383-388.

16.  Erdtmann L,Franck N,Lerat H,et al.The Hepatitis C Virus NS2Pro-tein is an inhibitor of CIDE-B-induced apoptosis.J Biol Chem,2003,278:18256-18264. 


关闭窗口
  相关文章
  读取内容中,请等待...

第四军医大学基础医学教学实验中心
电话:029-84774766 Email:jxsyzx@fmmu.edu.cn