Intersectin的基因功能及相關(guān)信號通路

[摘要]交叉蛋白（Intersectin，ITSN）作為一類在進(jìn)化上高度保守且廣泛表達(dá)的支架/接頭蛋白，具有多種生物學(xué)功能。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，ITSN除了在細(xì)胞胞吞/胞吐過程及神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞過程具有重要作用之外，還具有介導(dǎo)信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)的功能，如Ras、腫瘤生長因子β（TGFβ）、表皮生長因子（EGF）等。本文對ITSN的基因功能及相關(guān)信號通路的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

[關(guān)鍵詞]細(xì)胞支架蛋白質(zhì)類；銜接蛋白質(zhì)類，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；綜述

交叉蛋白（Intersectin，ITSN）作為一種支架/接頭蛋白，最初是在爪蟾的卵母細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)的。它不僅具有多個重要功能域，同時還具有多種生物學(xué)功能。最初的研究者對ITSN的研究主要集中在細(xì)胞胞吞/胞吐、神經(jīng)遞質(zhì)傳遞以及神經(jīng)退行性疾病等方面的功能作用。現(xiàn)在，研究者對ITSN的研究越來越多轉(zhuǎn)向于介導(dǎo)細(xì)胞增殖分化的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)ITSN參與調(diào)控的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路主要有Ras、腫瘤生長因子β（TGFβ）及表皮生長因子（EGF）等信號通路。目前研究者對ITSN在信號通路調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的作用機(jī)制進(jìn)行了初步的探索。本文對近年來ITSN的基因功能及相關(guān)信號通路的研究進(jìn)展綜述如下。

1 ITSN的基因結(jié)構(gòu)與功能

在人和小鼠中，已發(fā)現(xiàn)ITSN具有兩個同源蛋白ITSN1和ITSN2；而在模式生物斑馬魚中，則發(fā)現(xiàn)了ITSN具有3個同源蛋白ITSN1、ITSN2A及ITSN2B。在通常情況下，ITSN經(jīng)選擇性剪接可生成兩種亞型，一種是較長的剪接本ITSN-L，另一種則是短的剪接本ITSN-S。由于基因亞型的存在，ITSN1和ITSN2兩個同源蛋白總共有4個異構(gòu)體，分別是ITSN1-L、ITSN1βS、ITSN2-L和ITSN2-S。值得注意的是，這兩種亞型之間的區(qū)別在于所包含的結(jié)構(gòu)域不同，其中ITSN-L除包含ITSN-S中EH、SH3和CC的3種結(jié)構(gòu)域外，還包含DH、PH和C2等結(jié)構(gòu)域。

ITSN在各種組織器官中廣泛表達(dá)，尤其在神經(jīng)中樞中表達(dá)水平最高；主要是由于ITSN具有胞吞和胞吐作用，從而參與了神經(jīng)元細(xì)胞的神經(jīng)遞質(zhì)的釋放過程。在大腦中，ITSN主要是與蛋白SNAP-25以及動力蛋白（Dynamin）相互作用，進(jìn)而參與到突觸囊泡的融合過程。突觸囊泡在神經(jīng)末梢處進(jìn)行著快速而精確的胞吐/胞吞循環(huán)過程，ITSN在突觸囊泡中能夠與網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白AP2相互結(jié)合形成復(fù)合物，促進(jìn)突觸囊泡的胞吐/胞吞循環(huán)。另外，ITSN的SH3結(jié)構(gòu)域能夠通過激活動力蛋白來抑制細(xì)胞質(zhì)膜微囊的內(nèi)吞過程。

2 ITSN與Ras信號通路

2.1 Ras信號通路

Ras超家族蛋白是一類小單體GTP結(jié)合蛋白，相對分子質(zhì)量在2.1萬左右，亦被稱作Ras超家族GTP酶，是Ras信號通路的主要載體。Ras蛋白廣泛存在于真核生物各類細(xì)胞中，在調(diào)控細(xì)胞增殖與分化、膜泡運輸、核質(zhì)信息交換、細(xì)胞周期和胞外信息跨膜傳遞等信號通路中起到分子開關(guān)的作用。Ras蛋白一般位于細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，對GTP和GDP具有高度親和力，在特定生理環(huán)境下能夠在活化形式GTP結(jié)合型的蛋白與非活化形式GDP結(jié)合型的蛋白之間相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)鳥苷酸交換因子（GEFs）綁定在Ras-GDP上時會導(dǎo)致GDP的釋放，并形成無核苷酸的Ras（nfRas）。由于胞質(zhì)中的GTP含量高于GDP的量，因此nfRas蛋白更容易與GTP結(jié)合，形成活化形式的Ras-GTP。當(dāng)GTP酶活化型蛋白（GAPs）持續(xù)累積時，GTP會被具有GTP酶活性的Ras水解，進(jìn)而又到達(dá)非活化形式的Ras-GDP狀態(tài)。

2.2 ITSN在Ras信號通路中的作用

ITSN-L中因具有DH-PH結(jié)構(gòu)域，而使其成為Cdc42的特異性的鳥苷酸交換因子。不過有研究發(fā)現(xiàn)，ITSN還可調(diào)控其他的Ras-GTP酶，并且不依賴于DH-PH結(jié)構(gòu)域。當(dāng)ITSN1過表達(dá)時，會誘導(dǎo)胞內(nèi)囊泡上的Ras蛋白活化，進(jìn)而激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。其具體機(jī)制可能是由于ITSN上的SH3結(jié)構(gòu)域與富含脯氨酸的Son of sevenless homolog 1（Sos1）結(jié)合并相互作用的結(jié)果，而Sosl是Ras的鳥苷酸交換因子，能夠調(diào)控Ras的活化。

另外，有研究結(jié)果表明，ITSN1與活化形式的Ⅱ型phosphatidylinositol 3-kinase（P13K）-P13KC28發(fā)生相互作用。P13KC28中含有一個Ras結(jié)合結(jié)構(gòu)域Ras-bindingdomain（RBD），該結(jié)構(gòu)域可使P13KC28、Ras和ITSN1等3種蛋白在囊泡中相互結(jié)合。當(dāng)H-Ras處于無活性狀態(tài)時，可以與P13KC28形成復(fù)合物；相反，I型的P13Ks所結(jié)合的是活化的Ras-GTP。H-Ras與P13KC28所形成的復(fù)合物能夠抑制P13KC2β的磷脂激酶活性，同時P13KC2β也能抑制H-Ras組裝核苷酸。此外，在神經(jīng)母細(xì)胞瘤中ITSN1可以直接調(diào)控P13KC28的表達(dá)而影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展_。

ITSN調(diào)控Ras信號通路中的Ras-GTP酶的方式多種多樣，可主要歸納為以下幾種：①ITSN-L中的DH-C2結(jié)構(gòu)域可以直接激活Cdc42（Ras相關(guān)的GTP結(jié)合蛋白）[；②ITSN中的SH3可以與Sos1蛋白相互作用，通過Sosl發(fā)揮作用從而調(diào)控Ras蛋白；③ITSN還可能直接通過抑制CdGAP（Rac和Cdc42的GAP）激活Rac和Cdc42；④ITSN還可以通過epsins抑制Cdc42 GAPs（在哺乳動物的細(xì)胞中epsin-Cdc42信號通路還未被證實）；⑤ITSN1可以通過與P13KC2p結(jié)合，使nfHRas-P13KC2β復(fù)合體解聚，進(jìn)而影響Ras蛋白上GDP與GTP的相互轉(zhuǎn)換。

3ITSN與TGFβ信號通路

3.1TGFβ信號通路

TGFβ信號通路作為最重要的信號通路之一，除了在調(diào)控細(xì)胞增殖與分化方面發(fā)揮重要作用外，在胚胎早期發(fā)育、機(jī)體代謝平衡、免疫炎性反應(yīng)以及骨的形成和重建等方面也扮演著重要角色。TGFβ信號通路的主要生物學(xué)功能是將發(fā)生在膜上的磷酸化經(jīng)過一系列信號傳遞至轉(zhuǎn)錄因子，并引起轉(zhuǎn)錄因子人核從而調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄作用。例如，經(jīng)典的TGF8β/Smad通路發(fā)生的基本順序是：當(dāng)存在胞外配體TGFβ時，會激活跨膜的TGFβ受體，并使之形成二聚體，隨后在胞內(nèi)磷酸化下游的Smad蛋白，使之活化。活化的Smad蛋白與Co-Smad形成復(fù)合物，人核后進(jìn)而調(diào)控下游靶基因的轉(zhuǎn)錄。在體內(nèi)，對TGFβ信號通路的調(diào)控可在4個不同層次上進(jìn)行，包括胞外配體、跨膜受體、胞內(nèi)Smad蛋白以及核內(nèi)基因轉(zhuǎn)錄。

3.2ITSN在TGF8信號通路中的作用

近年來研究發(fā)現(xiàn)，ITSN也參與對TGFβ信號通路的調(diào)控。在機(jī)體內(nèi)，TGFβ信號通路的激活受到非常精確的調(diào)控，研究其分子機(jī)制具有非常重要的基礎(chǔ)和應(yīng)用意義。最近研究發(fā)現(xiàn)，敲降ITSN-1s的小鼠所產(chǎn)生的微粒能派生出TGFβ-RI/表皮生長因子受體1（TGFBR1）（即Alk5），后者能夠促使功能紊亂的內(nèi)皮細(xì)胞通過ERK1/2激酶激活細(xì)胞生存的信號從而得以再生。TGFβ能夠通過磷酸化銜接蛋白ShcA誘導(dǎo)Ras-Erkl/2信號，使得ShcA蛋白能夠與mSos蛋白相互作用。在敲降ITSN-1s時，有更多的mSos會趨向于結(jié)合Grb2，從而形成Alk2-mSos-Grb2復(fù)合體，最終使得Alk5-Smad2-SARA復(fù)合體而無法形成；同時，ITSN的缺失也會降低TGFβ下游Smad2/3蛋白的磷酸化水平。因此，敲除ITSN1會抑制Alk5-Smad2/3信號通路，并可以使得TGFβ-Alk5信號從經(jīng)典的Smad2/3轉(zhuǎn)向非經(jīng)典的ERKl/2 MAPK信號通路[。

4ITSN參與EGFR信號通路

4.1EGFR信號通路

EGFR是一類跨膜糖蛋白，屬于蛋白激酶超家族成員。EGFR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的大致過程是：EGFR蛋白作為膜上受體，在受到EGF等配體的激活后，形成二聚體引發(fā)胞內(nèi)域自磷酸化并產(chǎn)生酪氨酸激酶活性，隨之招募并激活下游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而完成一個完整的由胞外至胞內(nèi)或核內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。EGFR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)參與調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡、遷移以及細(xì)胞周期，EGFR通路的異常激活常常會引發(fā)腫瘤。而EGFR通路中受體信號的終止主要是通過加速的內(nèi)吞作用以及受體一配體復(fù)合物的降解來完成的。膜上的EGFR復(fù)合物內(nèi)在化形成早期胞內(nèi)體后，其命運主要有兩個：返回至膜上和被溶酶體降解。正常情況下，EGFR（Tyr1045）磷酸化后會結(jié)合具有E3泛素連接酶功能的c_Cb1，啟動受體的泛素化，從而將受體靶向至溶酶體降解。

4.2ITSN在EGFR信號通路的作用

已有研究顯示，ITSN可通過3種途徑參與EGFR內(nèi)吞過程。首先，ITSN通過招募內(nèi)吞輔助因子形成內(nèi)吞復(fù)合物，進(jìn)而介導(dǎo)EGFR的轉(zhuǎn)運。其次，ITSN可通過c-Cbl調(diào)控EGFR的泛素化。ITSN與c-Cbl的結(jié)合，會使c-Cb1能夠更有效地泛素化RTK，使其被轉(zhuǎn)運至溶酶體被水解酶降解。ITSN還可通過Cb1的功能調(diào)控因子CIN85蛋白調(diào)控c_Cbl，從而進(jìn)一步調(diào)控EGFR的泛素化。此外，最近研究表明，ITSN可通過調(diào)控DENND2B（GTP酶Rabl3的鳥苷酸交換因子）而調(diào)控EGFR受體的循環(huán)。

受體酪氨酸激酶的泛素化過程，在調(diào)控信號分子轉(zhuǎn)運及溶酶體降解中起至關(guān)重要的作用。而ITSN1作為泛素化過程的重要調(diào)節(jié)因子，尤其是刺激c-Cbl將EGFR進(jìn)行泛素化的精確分子機(jī)制至今還沒有闡明。最近有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ITSNl是通過干擾Cbl與抑制因子Sprouty2（Spry2）的相互作用而增強(qiáng)Cbl的活性。其主要機(jī)制是ITSN1能夠綁定Cbl和Spry2兩個蛋白富含脯氨酸的區(qū)域，ITSN1與Spry2結(jié)合可以競爭性抑制Cbl-Spry2的結(jié)合，從而促進(jìn)EGFR的泛素化。

5結(jié)語與展望

ITSN作為支架/銜接蛋白在調(diào)控細(xì)胞的胞吞/胞吐過程中發(fā)揮著不可或缺的作用。此外，ITSN還可以調(diào)控細(xì)胞的多種信號通路，例如ITSN通過調(diào)控Ras-GTP酶的活性進(jìn)而調(diào)節(jié)其下游的信號因子。ITSN對TGF8信號通路的調(diào)控，主要體現(xiàn)在ITSN能把信號從經(jīng)典的TGFβ/Smad通路中傳遞到ERK1/2通路中去。而在EGF信號通路中，ITSN的作用是其能夠與Cbl相互作用進(jìn)而促進(jìn)EGFR的降解，最終導(dǎo)致信號傳遞的終止。ITSN參與的信號通路調(diào)控機(jī)制十分復(fù)雜，目前的研究還處于初步階段，很多具體的調(diào)控機(jī)制還需更深入研究。

近些年來，研究發(fā)現(xiàn)ITSN與多種人類疾病的發(fā)生有著密切的關(guān)系，例如人類神經(jīng)退行性疾?。ㄈ缣剖暇C合征、阿爾茲海默病）、癌癥的發(fā)生以及肺損傷等。所以，闡明ITSN更多的基因功能，研究并明確其在細(xì)胞各種不同生理條件下的具體作用機(jī)制有著重要的實際意義。