小G蛋白Ran介導(dǎo)的核漿轉(zhuǎn)運

吳 迪

（哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025）

小G蛋白Ran是Drivers等[2]發(fā)現(xiàn)在人畸胎瘤cDNA中存在并分離純化獲得，鑒定為人類腫瘤發(fā)生相關(guān)的蛋白，又稱為TC4蛋白，分子大小為24KD，屬于Ras家族，其他主要的家族成員還有Ras、Rho、Rab、Arf。小G蛋白Ran像其他成員一樣調(diào)控多種細(xì)胞生理過程，相較于其他家族成員Ran蛋白含有特有的酸性C末端DEDDL，主要分布在細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮生物學(xué)作用。小G蛋白Ran介導(dǎo)核漿轉(zhuǎn)運的研究主要集中在，有哪些蛋白參與，分別起什么作用以及與相關(guān)疾病發(fā)生的關(guān)系。

1 小G蛋白Ran核漿轉(zhuǎn)運過程重要的組成成分

在真核生物中，RanGTPase系統(tǒng)在調(diào)節(jié)核輸入與輸出中扮演中心角色。Ran以極其特別的GDP和GTP綁定形式通過蛋白質(zhì)的相互轉(zhuǎn)換來調(diào)節(jié)輸入與輸出。核漿轉(zhuǎn)運是一個有規(guī)律的過程，包括許多重要的組成成分，RanGTPase，karyopherins(運輸?shù)鞍?，核孔蛋白等[3]。

1.1 RanGTPase

作為GTP酶，有兩種底物結(jié)合形式活化的RanGTP和非活化的RanGDP形式。兩種形式的相互轉(zhuǎn)換完成貨物的核漿轉(zhuǎn)運。這個過程的完成需要兩種調(diào)節(jié)蛋白的作用——RanGEF(Guanire Exchange Factor)和RanGAP(GTPase Activating Protein)。RanGEF刺激RanGTPase由GDP形式轉(zhuǎn)變?yōu)镚TP形式，RCC1是目前為止，我們知道的唯一一個鳥嘌呤轉(zhuǎn)換因子。在RCC1的作用下GDP的釋放速率增加了105倍[3]。由于這個原因在細(xì)胞中GTP的含量比GDP豐富，這種現(xiàn)象被我們稱為RanGTP梯度，這是細(xì)胞核輸入和輸出的基本要素。低RanGTP集中區(qū)在細(xì)胞質(zhì)，輸入蛋白受體像importinα和β綁定到貨物的核定位信號上，而核中高的RanGTP集中區(qū)，由RanGTP，輸入受體和輸出貨物構(gòu)成的輸入復(fù)合物裝配。當(dāng)細(xì)胞質(zhì)輸入復(fù)合物到達(dá)細(xì)胞核，核RanGTP綁定到importinβ，使貨物從輸入受體分離，完成輸入蛋白循環(huán)。在反方向上，輸入復(fù)合物從核離開進入細(xì)胞質(zhì)，導(dǎo)致RanGTP通過RanGAP1催化發(fā)生水解作用，貨物從Ran和輸出受體上分離。RanGAP在RanBP1和RanBP2/Num358的輔助下使RanGTPase由GTP水解為GDP形式[4]。

1.2 Karyopherins

一種可溶的運輸?shù)鞍壮易?，按功能分可分為兩個亞組——importins用于輸入進核，exportins用于輸出核。Karyopherins有3個功能域包括：①Ran結(jié)合域在N端；②核孔蛋白結(jié)合域位于中間；③貨物結(jié)合域位于C端。在importins家族中importinα和importinβ是研究的最廣泛的兩個成員。在exportins家族中，Crm1(transporter of NES-containing cargo)，exportin-t和CAS是研究最廣泛的兩個成員。人類的importin13和酵母中的Msn5p被研究認(rèn)為不只參與特定的核輸出蛋白的過程也參與不同組蛋白的核輸出。

1.3 核孔復(fù)合體

鑲嵌在內(nèi)外核膜融合形成的核孔上，在不同的物種中有很強的同源性，它的整個結(jié)構(gòu)在進化上是高度保守的。核孔復(fù)合體對于垂直于核膜通過核孔中心的軸呈輻射狀八重對稱結(jié)構(gòu)，而相對于平行于核膜的平面則是不對稱的。即核孔復(fù)合體在核質(zhì)面與胞質(zhì)面兩側(cè)的結(jié)構(gòu)明顯不對稱，這與其功能上的不對稱性是一致的。核孔復(fù)合體主要是由蛋白質(zhì)構(gòu)成，其中g(shù)p210與p62是最具有代表性的兩個成分，gp210代表一類結(jié)構(gòu)性膜蛋白，是第一個被鑒定出來的核孔復(fù)合體蛋白，它在錨定核孔復(fù)合體的結(jié)構(gòu)上起重要作用。p62代表一類功能性的核孔復(fù)合體蛋白，它對核孔復(fù)合體行駛正常的功能非常重要[1]。

2 小G蛋白Ran介導(dǎo)的核漿轉(zhuǎn)運的過程

在細(xì)胞核中，RanGTP與Crm1的結(jié)合誘導(dǎo)包含貨物的核輸出信號與Crm1結(jié)合，形成一個三聚體復(fù)合物。這個復(fù)合物橫向通過核蛋白復(fù)合物進入細(xì)胞質(zhì)后，RanGAP馬上使RanGTP形式水解為RanGDP形式，同時Crm1與Ran分離，貨物釋放到細(xì)胞質(zhì)中，留下自由的Crm1與RanGDP循環(huán)使用。在細(xì)胞質(zhì)中，RanGDP與NTF2（核轉(zhuǎn)錄因子2）相互作用通過NTF2復(fù)合物與核孔蛋白中的纖維蛋白原相互作用進入細(xì)胞核，一進入細(xì)胞核漿，RanGDP通過RCC1的作用組裝GTP，這個循環(huán)循環(huán)往復(fù)完成物質(zhì)的核漿轉(zhuǎn)運。

3 小G蛋白Ran核漿轉(zhuǎn)運異常與相關(guān)疾病的研究進展

3.1 與腫瘤發(fā)生和癌癥靶目標(biāo)治療

據(jù)研究[8]發(fā)現(xiàn)Ran在癌細(xì)胞鏈和腫瘤組織中的mRNA和蛋白質(zhì)水平與正常組織部分相比較高表達(dá)。經(jīng)歷了PI3K/Akt/Mtorc1和Ras/MEK/ERK途徑超活化幸運存活下來的細(xì)胞需要Ran的表達(dá)。Ran是少有的可以作為乳房，肺，卵巢癌和腎細(xì)胞癌預(yù)后標(biāo)記的蛋白分子。例如，進一步研究顯示，有Ran功能的蛋白質(zhì)伙伴可以表明細(xì)胞的進程，可能大體上被用作靶目標(biāo)，改善漿液性上皮性卵巢癌幸存者的處境。

3.2 與早年衰老綜合征

通過控制核運輸復(fù)合物的組裝與拆卸成為核漿轉(zhuǎn)運的主要調(diào)控者。在穩(wěn)定的狀態(tài)下，Ran在核中是高度集中的。研究顯示核/胞漿中的Ran在早年衰老綜合癥肌纖維細(xì)胞中的分布是被擾亂的，這種現(xiàn)象導(dǎo)致核纖層蛋白A形成的早老蛋白，成為在易位啟動區(qū)蛋白質(zhì)的核輸入中的主要毛病，但進一步研究發(fā)現(xiàn)早老蛋白沒有引起整體核輸入的抑制。早老蛋白抑制異位啟動區(qū)輸入，在早老蛋白綜合癥中發(fā)生大個蛋白貨物的運輸對于Ran在核/漿分配的變化敏感。在核功能中有重要功能作用的大蛋白的有缺陷輸入可能促成早年衰老蛋白與疾病相關(guān)的遺傳表型。

3.3 與血管增生性疾病

越來越多的證據(jù)顯示RanGTPase循環(huán)組件在管理核孔蛋白表達(dá)選擇分化還是增值這樣一個基本問題中扮演者重要角色。分化與去分化在血管增生性疾病表型的發(fā)育上起著關(guān)鍵的作用，如心瓣手術(shù)后的再狹窄。研究通過在小鼠頸動脈泡沫化損傷模型中進行的內(nèi)膜增生形成和再狹窄實驗，結(jié)果顯示RanGAP1在平滑肌細(xì)胞的分化、遷移和增值中扮演著關(guān)鍵的作用。適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)RanGAP1的表達(dá)可能成為一個調(diào)節(jié)血管增生性疾病像心瓣手術(shù)后再狹窄發(fā)展的策略。

4 小結(jié)

Ran是一種廣泛存在于細(xì)胞核內(nèi)的小分子GTP，以RanGTP和RanGDP的形式在細(xì)胞核和細(xì)胞漿間循環(huán)，需要RanGTPase，Karyopherins，核孔蛋白等協(xié)助完成，小G蛋白Ran在核漿轉(zhuǎn)運中的正常循環(huán)調(diào)控細(xì)胞分裂間期，STAT3細(xì)胞信號傳導(dǎo)，熒光素酶基因mRNA等多種生物學(xué)功能，同時也為多種癌癥、早衰、外周神經(jīng)逆行損傷信號局部調(diào)節(jié)、HIV-1等多種疾病中起著積極的作用，為研究多種疾病的治療提供了新的研究方向。

[1]翟中和，王喜忠，丁明孝.細(xì)胞生物學(xué)[M].2008，1：310-317.

[2]Eishi Noguchi,Nobutaka Nakashima,Naoyuki Hayashi,et al.Putative GTPase Gtr1p genetically interacts with the RanGTPase cycle in Saccharomyces cerevisiae[J].Journal of Cell Science,1996,109：2311-2318.

[3]Ki Lui and Ying Huang.RanGTPase:A Key Regulator of NucleocytoplasmicTrafficking[J].Mol Cell Pharmacol,2009,1(3):148－156.

[4]Petra Mühlhausser and Ulrike Kutay.An in vitro nuclear disassembly system reveals a role for the RanGTPase system and microtubuledependent steps in nuclear envelope breakdown[J].The Journal of Cell Biology，2007，8：595－610.