轉(zhuǎn)換蛋白2及其調(diào)節(jié)和生理病理作用

寧毅鄭曉旭孫睿.山西醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)系 太原 0000；.馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腎內(nèi)科 巴爾的摩 0；.山西省人民醫(yī)院口腔頜面外科 太原 000

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轉(zhuǎn)換蛋白2及其調(diào)節(jié)和生理病理作用

寧毅1鄭曉旭2孫睿3
1.山西醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)系 太原 030001；
2.馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腎內(nèi)科 巴爾的摩 21201；
3.山西省人民醫(yī)院口腔頜面外科 太原 030012

［摘要］轉(zhuǎn)換蛋白（TRA）2為前體mRNA剪接蛋白，是一族富含絲氨酸-精氨酸重復(fù)剪接因子（SR）家族的相關(guān)蛋白，包括TRA2α和TRA2β兩個(gè)亞族。它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上與SR蛋白有著一定的相似性，在功能上與SR蛋白有著明顯的差異，即TRA2蛋白不為組成性剪接所必需，但在選擇性前體mRNA剪接中決定剪接位點(diǎn)方面卻起著重要的作用。在哺乳動(dòng)物中，TRA2蛋白家族在生理和病理過程中發(fā)揮著諸多關(guān)鍵性作用，且在疾病的發(fā)生發(fā)展過程中錯(cuò)誤地調(diào)控剪接過程產(chǎn)生異常的RNA可引起分子病或者導(dǎo)致原來的疾病更加嚴(yán)重。迄今為止，人們還不清楚TRA2蛋白與疾病間的關(guān)系，所以對(duì)其引起疾病的治療研究還處在初級(jí)階段。

［關(guān)鍵詞］轉(zhuǎn)換蛋白；前體mRNA剪接蛋白；生理病理作用；疾病防治

前體mRNA剪接轉(zhuǎn)換蛋白（transformer，TRA）2是一族富含絲氨酸-精氨酸重復(fù)剪接因子（splicing factor containing serine-arginine repeat，SR）家族相關(guān)蛋白，它包括TRA2α和TRA2β亞族。TRA2α蛋白始見于果蠅，與TRA蛋白共同調(diào)控果蠅的dsx（doublesex）基因前體mRNA的剪接而控制果蠅的性別分化，因而Tra2α基因被認(rèn)為是果蠅的性別決定相關(guān)基因。

1　TRA2蛋白的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

TRA2α包括全長型和截短型兩種亞型，后者較前者缺少了C末端和N末端的兩個(gè)RS結(jié)構(gòu)域，而TRA2家族的另一個(gè)亞族則是與TRA2α高度同源的TRA2β。TRA2β是一個(gè)富含絲氨酸-精氨酸樣的蛋白質(zhì)，始見于大鼠星型角質(zhì)細(xì)胞。大鼠的TRA2β蛋白由位于16號(hào)染色體中富含精氨酸-絲氨酸剪接因子（splicing factor arginine-serine-rich，SFRS）10基因編碼，而人類的TRA2β蛋白則由位于人類染色體3號(hào)位的TRA2β基因編碼，TRA2β基因包含10個(gè)外顯子和9個(gè)內(nèi)含子，基因跨度為21 232個(gè)堿基，組成成分分別為28%的A、18%的C、21%的G 和33%的T［1-2］?，F(xiàn)在已經(jīng)確認(rèn)的TRA2β亞型有TRA2β1～5，是由同一種前體mRNA經(jīng)過不同方式地剪接形成。在人類的諸多組織內(nèi)至少出現(xiàn)過TRA2β1～4基因表達(dá)。人TRA（homan TRA，hTRA）2-β3和hTRA2-β4常在大腦、肝臟和睪丸等特定組織和發(fā)育受控制的組織內(nèi)表達(dá)，而hTRA2-β1和hTRA2-β雖然表達(dá)率不同，但是其在各個(gè)組織內(nèi)都能表達(dá)［3-4］。除個(gè)別亞型外，TRA2蛋白均包含RNA識(shí)別區(qū)域（RNA recognition motifs，RRM）和RS結(jié)構(gòu)域，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上與SR蛋白有著一定的相似性，但其在功能上卻與SR蛋白有明顯的差異，即SR基因參與前體mRNA 組成性剪接，TRA2基因不為組成性剪接所必需，但在選擇性剪接中決定剪接位點(diǎn)方面卻起著重要的作用［5-6］。

1.1不同物種間RRM結(jié)構(gòu)域及特點(diǎn)

TRA2蛋白的RRM結(jié)構(gòu)域主要行使RNA結(jié)合作用，不同物種間TRA2蛋白的RRM保守性相對(duì)較高。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RRM區(qū)域包含核糖核蛋白域（ribonucleoprotein domain，RNP）或RNA結(jié)合區(qū)。RNP又包括兩個(gè)保守序列RNP1和RNP2。hTRA2β蛋白也與SR家族相關(guān)蛋白一樣包含有一個(gè)RRM區(qū)域，它控制著許多前體mRNA的選擇性剪接，包括降血鈣蛋白-降血鈣蛋白相關(guān)的基因肽，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元生存（survival motor neuron，SMN）蛋白和Tau蛋白等，但是hTRA2β蛋白的RRM區(qū)域具有其自身的特點(diǎn)：首先是可特定地與GAAGAA 和CAA兩種類型的RNA序列結(jié)合，如果發(fā)生異常排斥，例如來自SMN 1蛋白的7號(hào)外顯子識(shí)別異常就會(huì)出現(xiàn)脊柱肌肉萎縮；其次，hTRA2β的RNP2 的2號(hào)位甘氨酸殘基取代了一個(gè)芳香族氨基酸，在RNP2的4號(hào)位存在著苯丙氨酸殘基。這說明，hTRA2β的RNP2是特有的一種序列，而RNP1則全是芳香族氨基酸［7］；RRM并非TRA2蛋白的特征性結(jié)構(gòu)域，多數(shù)RNA結(jié)合蛋白均具有此結(jié)構(gòu)域。

1.2RS結(jié)構(gòu)域的特點(diǎn)及功能

RS結(jié)構(gòu)域廣泛參與蛋白質(zhì)間的相互結(jié)合，其自身可以直接地結(jié)合外顯子剪接增強(qiáng)因子（exonic splicing enhancer，ESE），調(diào)控下游基因選擇性剪接的進(jìn)程。從氨基酸序列水平看，即便昆蟲綱內(nèi)成員間RS1與RS2結(jié)構(gòu)域保守度極低，其表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)域長度、內(nèi)部RS/SR雙肽數(shù)目比例，RS/SR分布上仍有較大差異。在RS區(qū)內(nèi)，除SR和RS還有大量重復(fù)二肽。這些重復(fù)二肽也可以參與蛋白質(zhì)間相互作用，包括與性別決定蛋白TRA的結(jié)合；其次體外研究也證實(shí)，重復(fù)二肽結(jié)構(gòu)也是具有綁定基因的特定序列，調(diào)節(jié)其可選擇性剪接［8］。

1.3TRA2蛋白的特征性結(jié)構(gòu)域

Linker結(jié)構(gòu)域是TRA2蛋白的特征性結(jié)構(gòu)域，顯示了極高的氨基酸序列保守性?；蛐蛄腥笔?、突變分析顯示，Linker結(jié)構(gòu)域的完整性對(duì)于TRA2蛋白至關(guān)重要，一旦Linker結(jié)構(gòu)域蛋白序列改變，可影響個(gè)體性別分化與精子的生發(fā)。這說明Linker結(jié)構(gòu)域?qū)τ诰S持TRA2蛋白的功能至關(guān)重要，可影響體細(xì)胞的性別分化與生殖細(xì)胞的功能。hTRA2蛋白也保留了Linker結(jié)構(gòu)域，且與昆蟲TRA2蛋白Linker結(jié)構(gòu)域都有高度的保守性。

2　影響TRA2蛋白調(diào)節(jié)的因素

2.1正性調(diào)節(jié)

在組織水平，不論在組織內(nèi)還是組織間，選擇性剪接蛋白如TRA2β蛋白的質(zhì)量濃度會(huì)直接決定組織特異性剪接的方式。例如在大鼠睪丸中，TRA2β蛋白在精原細(xì)胞中表達(dá)較低，在精母細(xì)胞中則表達(dá)較高，在精子細(xì)胞中表達(dá)再一次下調(diào)。在細(xì)胞水平，選擇性剪接蛋白存在于細(xì)胞核內(nèi)，選擇性剪接蛋白位點(diǎn)的選擇取決于蛋白質(zhì)量，如果選擇性剪接蛋白質(zhì)量高，蛋白質(zhì)會(huì)由細(xì)胞核移向細(xì)胞質(zhì)；如果蛋白質(zhì)質(zhì)量低，則會(huì)從新招募。例如在大腦短暫性低血后，由類胡蘿卜素引起的細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的增加，可以導(dǎo)致剪接調(diào)控蛋白TRA2β1轉(zhuǎn)位進(jìn)而改變剪接位點(diǎn)的選擇。需要強(qiáng)調(diào)的是，這點(diǎn)對(duì)于細(xì)胞核的完整性沒有影響。在基因水平，hTRA2β1基因會(huì)通過控制自身外顯子2的選擇性剪接來調(diào)控蛋白質(zhì)表達(dá)［9-10］。

2.2負(fù)性調(diào)節(jié)

選擇性剪接過程不是直接作用于選擇性剪接蛋白，而是改變了選擇性剪接蛋白抑制劑的質(zhì)量濃度。大多數(shù)外顯子是在激活劑和抑制劑雙重作用下保持平衡的，一些特定組織特異性的外顯子在某些組織內(nèi)對(duì)選擇性剪接蛋白有較強(qiáng)的抑制作用；在另外一些組織內(nèi)當(dāng)抑制劑質(zhì)量濃度較弱時(shí)，選擇性剪接蛋白可能作為一種組織特異性外顯子的激活劑［4］。

3　TRA2β蛋白的生理病理作用

TRA2β蛋白缺乏會(huì)導(dǎo)致小鼠胚胎發(fā)育的異常；TRA2β蛋白亦為神經(jīng)前體細(xì)胞存活所必要，TRA2β蛋白缺乏會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)前體細(xì)胞程序性死亡和骨密質(zhì)破壞［11］。TRA2β蛋白在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用，TRA2β蛋白在血管平滑肌細(xì)胞的細(xì)胞增殖中起調(diào)控作用，尤其是在低氧或復(fù)氧引導(dǎo)細(xì)胞的壓力下［12］。在原發(fā)性腎病綜合征、腦部損傷和舌下神經(jīng)損傷中，TRA2β蛋白表達(dá)上調(diào)且有可能參與再生修復(fù)的過程［13］。

3.1TRA2β蛋白過表達(dá)在疾病中的作用

TRA2β蛋白過表達(dá)在疾病的發(fā)生發(fā)展中同樣發(fā)揮著重要的作用：SMN2基因外顯子7的剪接在健康小鼠Tra2β基因表達(dá)無異常；當(dāng)在轉(zhuǎn)染細(xì)胞中Tra2β基因過表達(dá)，則SMN2變得活躍；所以調(diào)節(jié)SMN2基因致TRA2β過表達(dá)，是治療脊髓性肌萎縮的潛在方法［4］。

3.2TRA2β蛋白與癌癥的關(guān)系

在乳腺癌中，TRA2β蛋白參與CD44的選擇性切割，在侵襲性乳腺癌中的表達(dá)高于與之對(duì)應(yīng)的健康乳腺組織［14］。在結(jié)腸癌中，TRA2β蛋白發(fā)揮著促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖及抑制腫瘤細(xì)胞程序性死亡的作用［15］。在非小細(xì)胞肺癌、宮頸癌和卵巢癌中，TRA2β蛋白表達(dá)均上調(diào)。TRA2β蛋白依靠下游三種外顯子使其在癌癥中表達(dá)上調(diào)：第一個(gè)外顯子是從小鼠睪丸中得到的，可稱為核自身抗原精子蛋白（nuclear autoantigenic sperm protein，NASP）-T，它可以有效地改變?nèi)旧w的數(shù)目并參與DNA的修復(fù)過程；第二個(gè)外顯子是CD44前體mRNA，CD44基因編碼一種非常重要的細(xì)胞表面的跨膜蛋白，CD44蛋白可以用作透明質(zhì)酸或者其他分子的接收器，參與控制癌癥細(xì)胞的移動(dòng)和轉(zhuǎn)移；第三個(gè)外顯子是同源結(jié)構(gòu)域相互作用蛋白激酶（homeodomain interacting protein kinase，HIPK）3，其基因在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中編碼絲氨酸-蘇氨酸激酶，參與癌癥細(xì)胞的增值［16］。

3.3TRA2β蛋白的臨床應(yīng)用

TRA2β蛋白可影響微管相關(guān)蛋白tau轉(zhuǎn)錄物中外顯子10號(hào)位的剪接，而洋地黃毒苷類藥物可以直接作用于剪接因素TRA2β蛋白，使總的TRA2β蛋白表達(dá)平均減少36%，TRA2β蛋白的過度磷酸化形式減少得更多，因此，TRA2β蛋白可以直接用于與17號(hào)染色體相關(guān)聯(lián)的帕金森伴隨額葉癡呆和其他非遺傳性的癡呆綜合征的治療；洋地黃毒苷有能力地激活特定的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，在臨床上可以用于血管緊張和腫瘤發(fā)生的控制以及充血性心力衰竭的治療［17-18］。

4　TRA2α蛋白的生理病理作用

在人類的生長發(fā)育過程中，TRA2α基因的選擇性剪輯調(diào)節(jié)功能會(huì)隨著不同的組織及其發(fā)育階段而變化，相對(duì)于肌肉、心臟、肝、肺和腎組織，在哺乳動(dòng)物的大腦中TRA2α蛋白處于一種高表達(dá)狀態(tài)，這暗示TRA2α蛋白對(duì)神經(jīng)功能有一定的潛在作用，尤其在腦神經(jīng)發(fā)育階段起調(diào)節(jié)作用，且在新生兒期TRA2α蛋白表達(dá)達(dá)到頂峰［19］。P19胚胎瘤細(xì)胞是一種多潛能細(xì)胞，它在不同條件的誘導(dǎo)下可分化成多種細(xì)胞類型，如神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、肌肉細(xì)胞和上皮細(xì)胞等。在視黃酸誘導(dǎo)加細(xì)胞聚集的雙重條件下，P19可分化成神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和成纖維細(xì)胞，TRA2α只對(duì)P19向神經(jīng)元分化的影響較強(qiáng)。

經(jīng)紫外線交聯(lián)和凝膠遷移轉(zhuǎn)變分析研究證明，TRA2α蛋白不僅可作為一種SR家族相關(guān)蛋白，特異性地與ESE4相結(jié)合，調(diào)節(jié)促性腺激素釋放激素的剪接過程，而且可以以質(zhì)量濃度依賴的方式激活對(duì)促性腺激素釋放激素初級(jí)轉(zhuǎn)錄物中內(nèi)含子的剪除過程［20-21］。就TRA2α與TRA2β蛋白相互作用而言，體內(nèi)TRA2α蛋白質(zhì)量通常很低，但在小干擾RNA介導(dǎo)的TRA2β蛋白損耗后，TRA2α蛋白的表達(dá)明顯增加，說明在機(jī)體內(nèi)，TRA2β蛋白會(huì)有效地抑制TRA2α蛋白的表達(dá)。

目前為止，人們還不清楚TRA2蛋白與疾病的關(guān)系，所以對(duì)其疾病的治療研究還處在初級(jí)階段，有待進(jìn)一步的研究來闡明。

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（本文采編王晴）

Role of transformer 2 regulation and its physiological and pathological significance

N
ing Yi1，Zheng Xiaoxu2，Sun Rui3.（1.College of Stomatology，Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China；2.Dept.of Nephrology，Affiliated Hospital of Medical College，University of Maryland，Baltimore 21201，America；3.Dept.of Oral and Maxillofacial Surgery，Shanxi Provincial People’s Hospital，Taiyuan 030012，China）

This study was supported by the Natural Science Foundation of Shanxi Province（2011011037）.

［Abstract］The transformer（TRA）2 protein belongs to the serine/arginine-rich（SR） protein family.The protein possesses two homologs，namely，TRA2α and TRA2β.These homologs exhibit structures similar to those of the SR proteins but significantly differ in function.TRA2 is not necessarily implicated in composition splicing but plays an important role in selecting the splicing sites of precursor mRNA.Further studies found that in mammals，the TRA2 family protein plays a key role in many physiological and pathological，as well as disease occurrence and development，processes.Moreover，the abnormal splicing process of RNA molecules can cause disease or aggravate existing pathological problems.However，the relationship between TRA2 proteins and diseases remains to be completely understood.Additional energy and effort are required to achieve success in investigating disease causes and in developing treatments.

［Key words］transformer；precursor mRNA splicing protein；physiological and pathological effect；disease control

［收稿日期］2015-06-06；［修回日期］2016-02-02

［基金項(xiàng)目］山西省自然科學(xué)基金（2011011037）

［作者簡介］寧毅，碩士，Email：ningyi19870608@163.com

［通信作者］孫睿，副教授，博士，Email：ruidoctor@163.com

［中圖分類號(hào)］Q 51

［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A［doi］ 10.7518/gjkq.2016.03.023