Rab蛋白在黑素小體合成及轉運中的作用

王敏，宋秀祖

（1.安徽醫(yī)科大學附屬杭州臨床學院，杭州310009；2.浙江省杭州市第三人民醫(yī)院，杭州310009）

·綜述·

Rab蛋白在黑素小體合成及轉運中的作用

王敏1，宋秀祖2

（1.安徽醫(yī)科大學附屬杭州臨床學院，杭州310009；2.浙江省杭州市第三人民醫(yī)院，杭州310009）

Rab蛋白家族是小G蛋白超家族中最大的亞家族，廣泛存在于動物、植物和微生物等真核生物中，是囊泡運輸重要的調節(jié)因子，具有調節(jié)囊泡的靶向運輸、囊泡的拴系、與靶膜泊位與融合、囊泡的芽生等作用。皮膚的顏色與黑素小體的合成和轉運密切相關。哺乳動物的Rab蛋白大約有60種，其中的Rab32/38和Rab9a在黑素小體的合成過程中發(fā)揮了重要作用；Rab27a、Rab21、Rab17及Rab36在黑素小體的轉運過程中具有重要意義；Rab7及Rab11即參與了黑素小體的合成，又參與了黑素小體轉入角質形成細胞的過程。因此，這些Rab蛋白基因的突變將會引發(fā)相應的遺傳性色素性疾病。

黑素小體；Rab蛋白；囊泡運輸；效應蛋白；皮膚病

真核細胞生物學功能的維持依賴于蛋白的精確定位與表達，蛋白在細胞內的運輸有賴于囊泡運輸來完成。Rab蛋白是囊泡運輸的重要調節(jié)因子，在真核細胞的膜運輸中發(fā)揮重要作用[1]。皮膚色素沉著的過程依賴于黑素小體在黑素細胞內的合成，并進一步轉運到角質形成細胞中。目前研究證實:Rab蛋白在黑素小體的合成及轉運過程中發(fā)揮了重要作用。以下對參與黑素小體合成及轉運過程的Rab蛋白進行綜述。

1 Rab蛋白家族

Rab蛋白是小G蛋白家族中最大的蛋白家族，廣泛存在于動物、植物和微生物等真核生物中。Rab蛋白通過與GDP或GTP結合的轉換，在非活性與活性形式之間進行循環(huán)。在鳥苷酸交換因子（Guanine nucleotide exchange factor，GEF）的作用下，Rab 可由GDP結合轉換為GTP結合的活性形式；在GTPase激活蛋白（GTPase activating protein，GAP）的作用下，Rab又可由GTP結合轉換為無活性的GDP結合形式，從而調控細胞內吞或分泌過程中囊泡的識別、轉運、錨定及與質膜融合等過程，發(fā)揮分子開關的作用。不同種屬Rab蛋白的種類是不一樣的，目前已有研究證實哺乳動物的Rab蛋白大約有60種，依次劃分為 Rab1、Rab2等41個亞家族。其中Rab32/38、Rab9a、Rab27a、Rab21、Rab17、Rab36、Rab7及Rab11等Rab蛋白分別在黑素小體的合成及轉運過程中發(fā)揮了重要作用[2]。

2 參與黑素小體合成的Rab蛋白

黑素小體是黑素細胞獨特的分泌顆粒，它所包含的黑色素由酪氨酸酶基因家族的糖蛋白所合成，如酪氨酸酶（Tyrosinase protein,TYR）、酪氨酸酶相關蛋白1與2（Tyrosinase-related protein 1/2,TYRP-1/2）。黑素小體的合成起源于膜內囊泡（Ⅰ期），隨后分化為沒有黑素形成的黑素小體前體（Ⅱ期）；在黑素合成相關酶TYR、TYRP-1以及囊泡其他蛋白的作用下，黑素小體進入Ⅲ、Ⅳ期，最終分化為成熟的黑素小體[3-4]。在黑素小體合成過程中發(fā)揮作用的Rab蛋白包括如下。

2.1 Rab32/38 Esposito 等[5]，Bultema 等[6]研究認為Rab32及Rab38與效應蛋白結合，介導了TYR及TYRP-1從高爾基體內膜至成熟黑素小體的運輸，參與了黑素小體的合成。其效應蛋白包括：適配器蛋白 3（Adaptor protein-3，AP-3）、AP-1、溶酶體相關細胞器復合物2（Biogenesis of lysosome-related organelles complex-2，BLOC-2）等。Tamura 等[2]研究證實錨蛋白重復序列蛋白（VPS9-ankyrin-repeat protein,VARP）包含了3個重要片段：Ankyrinrepeat 1（ANKR1）、ANKR2 及 Vacuolar protein sorting 9（VPS9），Rab32/38與 ANKR1的結合對于 TYRP1的運輸具有重要意義。既往研究發(fā)現Rab32表達在黑腹果蠅的眼溶酶體及脂肪組織脂滴中，Rab32突變可導致黑腹果蠅眼球的色素脫失，從而進一步證實了Rab32在黑素小體合成中的作用[7]。

2.2 Rab9a 既往研究發(fā)現Rab9調控了晚期囊泡到高爾基體的逆向運輸，并且可與BLOC3復合物的成分之一（Hermansky-Pudlak syndrome 4，HPS4）相互作用，但是Rab9在黑素合成中的具體作用機制尚未明確[8]。近期，Mahanty等[9]研究認為Rab9a和它的輔助調控因子如：Rab32、Rab38、Bloc-3、VARP等對于黑素小體的合成都很重要，并且推測Rab9a在黑素小體的合成過程中，與Rab32/38以相同方式發(fā)揮作用。

3參與黑素小體轉運的Rab蛋白

在皮膚色素沉著過程中，成熟的黑素小體逐漸運輸至黑素細胞的樹突，從黑素細胞分泌并轉運至角質形成細胞中。既往研究表明驅動蛋白及動力蛋白中的肌球蛋白Va參與了黑素小體沿著微管及微絲從黑素小體核周到樹突末梢的雙向運輸，Rab蛋白也參與了黑素小體的順向和逆向轉運。

3.1 Rab27a Kukimoto等[10]研究發(fā)現Rab27a可與其特異的效應分子Slac2-a結合，在特定的位點定位到成熟的黑素小體表面。Rab27A-Slac2-a復合物能夠誘導肌球蛋白Va的結合。Slac2-a是Rab27a與肌球蛋白Va的關鍵中間物質，其分子N端的Myosin Va-binding domain（MBD）、中間片段及 C 端的 Actin-binding domain（ABD），分別與 Rab27A、肌球蛋白Va及肌動蛋白結合從而介導了黑素小體的運輸[11]。進一步研究證實：Slac2-a與Rab27a結合能夠促進黑素小體在黑素細胞質膜的錨定，促進黑素小體轉運[12]。近期，Booth等[13]研究證實：Na-K-ATP酶α1可以調控Rab27a在黑素小體的定位，間接參與了Rab27a轉運黑素小體的過程。

3.2 Rab21 Norihiko等[14]研究證實VARP對于促進黑素細胞樹突延長具有重要意義。VARP存在不同的Rab蛋白信號片段：即VPS9片段及ANKR1、ANKR2片段，其中VPS9片段能夠誘導Rab21從GDP結合的失活形式轉換為GTP結合的活性形式，促進Rab21的活化，從而促進黑素細胞樹突的延長，進一步促進黑素小體轉運至角質形成細胞中。

3.3 Rab17 Beaumont等[15]研究認為黑素細胞樹突偽足的形成，在黑素小體轉運至角質形成細胞的過程中十分重要。Rab17的缺乏將會抑制黑素細胞樹突偽足的形成，同時會導致黑素小體聚集在樹突周圍。因此推測Rab17可能促進了黑素細胞樹突形成偽足，但具體機制尚未明確。

3.4 Rab36 Rab蛋白不僅能協助黑素小體在黑素細胞內的順向轉運，也可以調節(jié)逆向轉運。Rab36與溶酶體相關的Rab蛋白（Rab interacting lysosomal protein,RILP）一起作用于黑素小體在黑素細胞中的逆向運輸；Matsui等[16]利用能夠表達Rab36和與RILP的小鼠黑素細胞株，證實了RILP是Rab36的效應分子。Rab36和RILP共同作用促進黑素小體在黑素細胞中沿微管逆向轉運，從而導致了黑素小體在黑素細胞核周的聚集。

4 既參與黑素小體合成又參與轉運的Rab蛋白

4.1 Rab7 Rab7與其受體結合后參與調控囊泡運輸、磷脂信號傳遞、吞噬及自噬等作用[17-18]。Gomez等[19]通過黑素細胞蛋白的二維凝膠電泳在GTP結合試驗中發(fā)現了小GTP結合蛋白的存在，同時通過免疫印跡證實Rab3、Rab7及Rab8存在于黑素小體的碎片中。共聚焦免疫熒光顯微鏡顯示Rab7和TYRP-1共存于核周區(qū)域，部分共存于胞體，進一步利用Rab7的反義寡核苷酸可以抑制TYRP-1的運輸，因此推測Rab7可能參與了TYRP-1的細胞內轉運，從而促進了黑素小體的合成和成熟。Hida等[20]進一步研究證實Rab7在早期黑素小體合成的過程中，對于酪氨酸酶、TYRP-1及前黑素小體蛋白17（Premelanosome protein 17,Pmel17）的分類投遞起到了重要作用，并且在早期囊泡進化為成熟黑素小體的過程中，對于TYRP-1的運輸發(fā)揮重要作用。Jordens等[21]研究認為Rab7在人類表皮黑素細胞中不僅參與了黑素小體的合成，也參與了調節(jié)黑素小體的逆向轉運。RILP作為Rab7的效應蛋白，它可以誘導功能性的動力蛋白向富含Rab7的黑素小體的晚期囊泡內聚集，從而促使其在胞內逆向轉運[22]。4.2 Rab11 Rab11是囊泡回收的調節(jié)器，Cheli等[23]研究證實包含BLOC1的囊泡或細胞器的運輸需要Rab11的協助。由于BLOC1參與黑素小體合成過程中早期囊泡的運輸，因此推測Rab11可能也參與了黑素小體的合成。Tarafder等[24]研究證實Rab11b參與角質形成細胞誘導黑素細胞的胞吐作用，在促進黑素小體轉運至角質形成細胞的過程中發(fā)揮重要作用。因此認為Rab11不僅參與了黑素小體合成，也參與了黑素小體轉運。

5 Rab家族與皮膚病

Hermansky-Pudlak綜合征（Hermansky-Pudlak syndrome,HPS）是以遺傳性色素減退和出血為特征的綜合征，是由溶酶體相關細胞器合成的缺陷導致，如：黑素小體與血小板致密體的合成缺陷。研究表明人類的HPS綜合征由9種基因突變引起，這些基因編碼的蛋白分別為溶酶體轉運蛋白復合物AP-3、BLOC-1、BLOC-2 及 BLOC-3 等，而 Rab38或 Rab9的基因突變均可引起 HPS綜合征[25]。Griscelli綜合征是一種常染色體隱性遺傳病，以皮膚和毛發(fā)色素減退為特征，Rab27a的基因突變與Griscelli綜合征的發(fā)病相關[26]。

6 結語

越來越多的研究表明，Rab蛋白與黑素小體的合成及轉運之間有著密切的聯系。在黑素小體合成的過程中 Rab32/38、Rab9a、Rab7及 Rab11分別以不 同 的 方 式 發(fā) 揮 作 用 ；Rab27a、Rab21、Rab17、Rab36、Rab7及Rab11b則在黑素小體轉運過程中發(fā)揮重要作用。不同Rab蛋白基因突變會引起相應的遺傳性色素減退性疾病。繼續(xù)深入研究Rab蛋白在黑素小體合成及轉運中的作用，有助于更好地闡明皮膚色素沉著的發(fā)生機制。

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