grb14基因的功能及其研究進展

高曉猛，張春雷，房興堂，陳 宏＊，2

（1.江蘇師范大學細胞與分子生物學研究所，江蘇 徐州 221116；2.西北農(nóng)林科技大學動物科技學院，陜西省農(nóng)業(yè)分子生物學重點實驗室，陜西 楊凌 712100）

Grb7家族（growth factor receptor－bound protein 7family，生長因子受體銜接蛋白7家族）受體分子包括 Grb7（growth factor receptor－bound protein 7，生長因子受體銜接蛋白7），Grb10（growth factor receptor－bound protein 10，生長因子受體銜接蛋白10）和Grb14，它們每一個都有若干個剪接變體。像其它受體分子一樣，Grb7家族蛋白功能是在調節(jié)不同細胞功能上，間接把多樣的細胞表面受體結合到下游區(qū)信號途徑。它們在序列上有顯著的同一性。本文僅就其中的一個生長因子GRB14的研究現(xiàn)狀做一個介紹。

1 GRB14的基本結構和染色體定位

目前對Grb14的結構特征已經(jīng)研究的比較清楚。通過比較Grb7／10／14三個成員之間的結構，發(fā)現(xiàn)它們之間存在顯著的序列同一性，存在一個保守的分子結構。Grb14在結構上包括三個部分：羧基末端存在一個高度保守的SH2區(qū)域，中央存在一個稱為GM（Grb／Mig）的區(qū)域，氨基末端包含一個保守性很強的區(qū)域，此區(qū)域富含脯氨酸。

grb14基因在人體上定位于第2號染色體的2q22－q24區(qū)［1］，含有14個外顯子，編碼產(chǎn)生具有540個氨基酸殘基的蛋白質［2，3］。人grb14基因的mRNA在肝臟，腎臟，胰臟，卵巢，睪丸，心臟和骨骼肌中高度表達，而且也大量存在于腎胚胎細胞，一些前列腺癌細胞系和乳癌細胞中［4］，顯著存在于ER－陽性 細 胞 系 中［4，5］。grb14 基 因 有 三 種 剪 接 變 體（2.3kb，2.4kb和2.5kb）［4］。黑猩猩和小鼠的grb14基因定位于第2號染色體上，大鼠的grb14基因定位于第3號染色體上［2］。在小鼠和大鼠上grb14基因編碼產(chǎn)生538個氨基酸殘基的蛋白質，在對胰島素敏感的器官如肝臟，心臟，骨骼肌，胰臟，腦和白脂肪組織中表達，能夠產(chǎn)生2.5kb和1.9kb的剪接變體［6］。小鼠grb14基因序列與大鼠相比有93%的相似性，和人體grb14基因序列有85%的相似性［7］。牛的grb14基因定位于第2號染色體，編碼產(chǎn)生540個氨基酸，128 975bp，含有5＇UTR 176 bp，CDS區(qū)1 623bp，3＇UTR 850bp。

2 GRB14的功能及其相應機理

2.1 GRB14在胰島素活性上的作用

2.1.1 GRB14抑制胰島素受體的催化活性

GRB14在小鼠肝臟與胰島素受體結合后，胰島素顯示出的強烈興奮可以證明在胰島素信號上GRB14能夠起作用。目前發(fā)現(xiàn)到GRB14能夠特異性地結合到胰島素受體酪氨酸激酶環(huán)上，導致有可能這種相互作用會改變這些受體的催化活性。Bereziat等［8］在體外進行了酪氨酸激酶的分析實驗，證明GRB14通過改變受體的自磷酸化作用能直接抑制胰島素受體對底物的催化活性。Bereziat和Stein等［8，9］研究了GRB14蛋白和胰島素受體結合時的結構域，發(fā)現(xiàn)胰島素受體的催化活性的抑制，是由于它結合到了GRB14的PIR結構域（位于中央GM區(qū)）上，而不是獨自結合到SH2區(qū)域，同樣對于GRB7和GRB10來說負責抑制IR酪氨酸激酶活性的也是PIR結構域。這就說明結合能力與PIR結構域抑制作用之間的聯(lián)系，說明GRB14在調節(jié)胰島素受體催化活性上起到中樞作用。Bereziat和Stein等［8，9］在體外實驗中，發(fā)現(xiàn)了GRB7和GRB10也抑制胰島素受體催化活性，但是要比GRB14的效應差。綜合考慮這些發(fā)現(xiàn)表明GRB14在胰島素受體催化活性上具有特殊的抑制效應。

2.1.2 GRB14對細胞內(nèi)胰島素活性的作用

Saltiel等［10］指出，在胰島素結合到相應受體上后，細胞內(nèi)胰島素活性的第一步是誘導胰島素受體的酪氨酸殘基進行自磷酸化作用。然后這些殘基就作為細胞內(nèi)特異效應器的結合位點，比如胰島素受體家族或含有SH2結構域的蛋白，從而使胰島素信號得以傳遞。Bereziat等［8］指出在GRB14蛋白存在時，細胞外信號調節(jié)激酶1和細胞外信號調節(jié)激酶2的活性會被降低。因此，可以得出結論，GRB14蛋白在胰島素受體催化活性上的直接抑制效應有可能是在胰島素信號的早期階段。

Bereziat等［8］在中國倉鼠卵巢－胰島素受體細胞中發(fā)現(xiàn)，如果過表達GRB14蛋白將會導致胰島素受體的持續(xù)磷酸化，它會維持在最高水平高達90 min。一種解釋是GRB14蛋白與活化的胰島素受體結合，會在空間上妨礙酪氨酸磷酸酶的活性，比如PTP1B（protein tyrosine phosphatase1B，蛋白酪氨酸磷酸酶1B），因此才使胰島素受體維持在一個磷酸化的狀態(tài)。綜合得出GRB14和PTP1B是通過兩種不同的機制來降低胰島素受體的催化活性：PTP1B通過脫磷酸作用使胰島素受體失去活性，而GRB14是通過結合磷酸化的酪氨酸激酶環(huán)來直接抑制它的催化活性。Cariou等［11］把GRB14顯微注射進入非洲蟾酴卵母細胞中，發(fā)現(xiàn)可以阻斷胰島素誘導的減數(shù)分裂。如果把蛋白激酶C zeta干擾蛋白（ZIP）一起注射進入細胞的話，就會出現(xiàn)GRB14的抑制作用。這種效應需要蛋白激酶C zeta的募集反應。因此，發(fā)現(xiàn)了一個新的胰島素信號負反饋通路（圖1）。

圖1 grb14介導胰島素信號抑制作用時ZIP的作用模型（來自參考文獻［11］）

2.2 GRB14在纖維母細胞生長因子信號途徑上的作用

纖維母細胞生長因子（FGF）是一個超過20多個生長因子的家族，是脊椎動物發(fā)育，組織生長和發(fā)育的決定性調節(jié)器。Grose等［12］指出FGFs的突變或者表達和活性的失調都會導致產(chǎn)生發(fā)育異常和腫瘤發(fā)生。FGF信號的轉導是通過一個含有四種跨膜酪氨酸激酶家族來完成。Eswarakumar等［13］發(fā)現(xiàn)通過配體之間的結合會誘導受體形成二聚體結構，細胞質中酪氨酸激酶結構域的磷酸化和激活作用，然后就會出現(xiàn)多方面的信號轉導級聯(lián)反應。如果加入靶蛋白，那么它們之間就會通過SH2結構域和活化受體的特殊磷酸化酪氨酸殘基相互作用。

Bertrand Cariou等［14］指出，纖維母細胞生長因子受體（FGFR）是繼胰島素受體之后的第二個在細胞中能夠與GRB14相互作用的受體酪氨酸激酶。像胰島素那樣，GRB14的過表達會抑制由纖維母細胞生長因子誘導的細胞增生，并且發(fā)現(xiàn)了不能結合到FGFR上的GRB14SH2－突變體的表達能夠使FGF產(chǎn)生效應，這就預示GRB14與還未被鑒定的下游區(qū)效應器能夠相互作用，對FGFR的催化活性沒有影響。因此，GRB14對胰島素的抑制作用機制和對FGF在細胞增生活性上的作用機制可能不同。

Daly等［15］發(fā)現(xiàn)grb14mRNA在大量的人乳腺和前列腺癌細胞中被高度表達。這就可能表明在這個細胞系中，GRB14在細胞增生作用上能起到正向作用。但是還不清楚GRB14蛋白的表達水平是否被增加，還有它是否是一個野生型或者是GRB14的突變體。Reilly等［16］發(fā)現(xiàn)GRB14能夠與活化的FGF受體結合。Edith Browaeys－Poly等［17］實驗發(fā)現(xiàn)在已經(jīng)敲除了grb14基因的小鼠胚胎成纖維細胞中，與沒有敲除的相比，F(xiàn)GF誘導的Akt磷酸化被增強了。而且經(jīng)免疫共沉淀實驗證實了GRB14－FGFR復合物的形成（圖2）。綜合分析這些結構，表明GRB14在FGF信號途徑上起到非常重要的作用。

圖2 FGFR在活細胞中與GRB14相互作用（來自參考文獻［17］）

3 grb14基因的研究進展

目前對grb14基因的研究主要集中于人和小鼠上，在牛上還沒有見到相關的報導。2004年Bertrand Cariou等在綜述中分析了GRB14的結構和功能［14］。2010 年 Edith Browaeys－Poly等［17］經(jīng) 實驗發(fā)現(xiàn)GRB14能夠與FGFR相互作用，而纖維母細胞生長因子（FGF）是脊椎動物發(fā)育和組織生長和發(fā)育的決定性調節(jié)器，因此，GRB14可能在脊椎動物的生長發(fā)育上起作用。目前為止，grb14基因的多態(tài)性與牛生長發(fā)育性狀的相關性研究還尚未見報道。

4 展望

鑒于目前在小鼠和人上的研究發(fā)現(xiàn)GRB14在胰島素信號和FGF信號途徑上具有重要作用。因此，GRB14可能在脊椎動物發(fā)育中起著一定的作用，它可能對肉牛的生長發(fā)育起到非常重要的影響。所以我們可以把grb14基因作為一個候選基因，利用SSCP和RFLP等分子遺傳標記方法來研究其在動物遺傳育種上的作用［18］。研究grb14基因的突變性對家畜經(jīng)濟性狀的影響無疑具有非常重要的理論和經(jīng)濟意義，以便為黃牛品種改良和選育工作提供理論依據(jù)。

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