14-3-3蛋白相關(guān)研究進(jìn)展

曹雅倩 岳試超

摘要 14-3-3蛋白家族是一組高度保守的蛋白質(zhì)家族，在各種真核生物中廣泛存在，主要是以同源/異源二聚體的形式存在，在哺乳動物中共有7種亞型。目前，對于14-3-3蛋白的研究表明其在神經(jīng)發(fā)育、細(xì)胞周期、疾病發(fā)生等生命過程中都發(fā)揮著重要作用。通過對近年來14-3-3蛋白的研究成果進(jìn)行歸納總結(jié)，綜述了14-3-3蛋白在蛋白質(zhì)翻譯后修飾、細(xì)胞周期及疾病形成等方面的最新研究進(jìn)展，討論了深入研究14-3-3蛋白的重要性。

關(guān)鍵詞 14-3-3蛋白;保守性;結(jié)構(gòu)特征;細(xì)胞周期;疾病

中圖分類號 Q 51 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）12-0019-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.12.005

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract The 14-3-3 proteins are a family of highly conserved proteins，and the proteins widely express in different eukaryotic cells.The 14-3-3 proteins are mainly in the form of homodimers or heterodimers，which include 7 isoforms in mammals.So far，the research on 14-3-3 proteins showed that it played an important role on neural development，cell cycle，disease occurrence and other life processes.By summarizing the research results of 14-3-3 proteins in recent years，this review summarized the latest research progress of 14-3-3 proteins in the posttranslational modification，cell cycle and disease formation，etc，and discussed the importance of further study on 14-3-3 proteins.

Key words 14-3-3 proteins;Conservation;Structure characteristics;Cell cycle;Disease

14-3-3蛋白最早是由Moore 和 Perez在1967年發(fā)現(xiàn)的，他們在牛腦組織中發(fā)現(xiàn)了一組蛋白，根據(jù)此蛋白經(jīng)過DEAE cellulose（二乙氨乙基纖維素柱）后得到的片段數(shù)目以及其在凝膠電泳中的遷移距離，他們將其命名為14-3-3蛋白[1]。之后，Morrison和Muslin在1994年發(fā)現(xiàn)14-3-3蛋白是一個特殊的磷酸化結(jié)合蛋白，其能夠特異性結(jié)合到含有磷酸化蘇氨酸和磷酸化絲氨酸的蛋白質(zhì)肽段上[2]。14-3-3蛋白在哺乳動物中可由不同基因編碼產(chǎn)生，共有7個亞型（β，ε，η，γ，θ，σ 和 ζ），并且在不同類型的組織中這些亞型的表達(dá)量是有所區(qū)別的[3]。而且，無論是在體內(nèi)還是在體外，14-3-3蛋白都是以同源二聚體或異源二聚體的形式存在的[4]。關(guān)于蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用這一方面，14-3-3是通過改變其結(jié)合對象的構(gòu)象、穩(wěn)定性、亞細(xì)胞定位或活性來發(fā)揮作用的，迄今為止，14-3-3蛋白已被證實是高度保守的蛋白質(zhì)，并可與數(shù)百種蛋白質(zhì)相互作用，能夠參與調(diào)控多種細(xì)胞進(jìn)程，如神經(jīng)發(fā)育、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫反應(yīng)、蛋白轉(zhuǎn)運、細(xì)胞周期和凋亡等[5-7]。雖然這7種亞型都能與一般的蛋白相互作用，但是由于這些亞型在N端都具有特定的序列，因此每個亞型都有獨特的相互作用蛋白[8]。14-3-3蛋白家族同樣也與疾病密切相關(guān)，并且參與了許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病，例如家族中的一些成員14-3-3ζ、14-3-3γ、14-3-3β和14-3-3σ都與人類癌癥有關(guān)[9-11]。14-3-3蛋白在大腦中表達(dá)量較高，大約占可溶性蛋白的1%，其參與了各種各樣的神經(jīng)過程，如神經(jīng)突的生長、神經(jīng)分化、遷移和生存、神經(jīng)遞質(zhì)釋放等[12-14]。筆者著重介紹14-3-3蛋白與蛋白質(zhì)翻譯后修飾、細(xì)胞周期和疾病發(fā)生等之間的聯(lián)系。

1 14-3-3蛋白的種類與結(jié)構(gòu)

1.1 14-3-3蛋白的種類

14-3-3蛋白各亞型是由不同的基因編碼的，而這些基因又位于不同的染色體上。14-3-3蛋白家族在氨基酸序列上具有高度保守性，比如人類的14-3-3蛋白與非洲爪蟾的14-3-3蛋白在氨基酸序列上同源性達(dá)84%[15]，就哺乳動物而言，β、γ、ε、η、σ、θ和 ζ 亞型大部分是相同的，當(dāng)然，部分亞型之間也存在著差異性。在許多真核生物中，都陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了14-3-3蛋白的存在，即14-3-3蛋白的保守性及廣泛分布反映了其在真核生物中發(fā)揮著很重要的功能。

1.2 14-3-3蛋白的結(jié)構(gòu)

14-3-3蛋白以同源二聚體或異源二聚體的形式存在，其能夠同時結(jié)合2個配體，至今已有多種14-3-3蛋白及其配體復(fù)合物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)被研究報道，而所有14-3-3蛋白的三級結(jié)構(gòu)都極為相似。14-3-3蛋白的X射線結(jié)構(gòu)顯示其為杯子形狀的二聚體（圖1），每個單體由9個α螺旋（αA ～ αI）組成，并且這些螺旋是反向平行的，其中αA、αC、αD組成二聚體界面，一個單體的αA與另外一個單體的αC、 αD形成一個兼性凹槽[16]，這個兼性凹槽是 14-3-3與配體相互作用的結(jié)構(gòu)域，也調(diào)節(jié)著14-3-3與靶蛋白的結(jié)合，溝槽的兩側(cè)是不對稱的，并且高度保守，帶有大量負(fù)電荷，一側(cè)是由αG和αI上的疏水性氨基酸殘基構(gòu)成的非極性面，另一側(cè)是由αC和αE上的極性氨基酸殘基構(gòu)成的極性面[17]。14-3-3蛋白分子的3個保守的堿性氨基酸Lys49、Arg56、 Arg127與Tyr128形成一個單獨的口袋，而這個口袋與磷酸化磷酸基團(tuán)又形成了離子鍵和氫鍵，這就解釋了磷酸化是調(diào)控許多配體與14-3-3結(jié)合的關(guān)鍵[16]。

2 14-3-3與蛋白質(zhì)翻譯后修飾

蛋白質(zhì)的翻譯后修飾（posttranslational modification，PTM）通過直接和動態(tài)地控制蛋白質(zhì)的功能，使細(xì)胞能夠?qū)?nèi)部和外部的信號做出迅速反應(yīng)，在調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過程中發(fā)揮著重要作用，在過去幾十年里，磷酸化、乙?；头核鼗确g后修飾都獲得了極大的關(guān)注[18]。

14-3-3蛋白的磷酸化是公認(rèn)的調(diào)控14-3-3蛋白功能的機制。14-3-3蛋白有3個保守的磷酸化位點，分別是位點S58、S185、S/T232，但并不是所有的亞型都有這3個磷酸化位點，除了14-3-3σ和θ外，其他亞型都有S58磷酸化，S185磷酸化存在于14-3-3β、ε、σ和ζ中，而S/T232磷酸化僅僅存在于14-3-3θ和ζ中[19]。就其磷酸化位點的功能方面來講，S58位磷酸化調(diào)控14-3-3蛋白的二聚化[20]，而S185磷酸化調(diào)控其與配體的結(jié)合[21-22]，S232磷酸化可能也會影響配體結(jié)合，這是由于C末端尾部能夠向后折疊堵塞結(jié)合口袋導(dǎo)致的[23]。

最近研究發(fā)現(xiàn)，在人類細(xì)胞中，14-3-3蛋白能夠結(jié)合O-GlcNAc基團(tuán)，而且14-3-3β/α和γ的結(jié)構(gòu)能夠結(jié)合糖肽段，這能夠為O-GlcNAc介導(dǎo)的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用提供生物物理基礎(chǔ)，并且由于14-3-3蛋白也能夠結(jié)合磷酸化-絲氨酸和磷酸化-蘇氨酸，這就表明14-3-3蛋白可能是通過O-GlcNAc和O-磷酸化信號通路共同調(diào)控多種生理功能的[24]。

甲硫氨酸亞砜還原酶Msr（methionine sulfoxide reductase）系統(tǒng)以其將蛋白-甲硫氨酸亞砜還原為甲硫氨酸的功能而聞名，哺乳動物的MsrA被證明可以介導(dǎo)14-3-3蛋白的泛素化，尤其是14-3-3ζ蛋白的泛素化，并促進(jìn)大腦中14-3-3蛋白與α-synuclein的結(jié)合，MsrA介導(dǎo)的14-3-3ζ泛素化會影響大腦中α-synuclein降解和多巴胺合成途徑的調(diào)節(jié)[25]。

3 14-3-3蛋白與細(xì)胞周期

生物的生存、繁殖、發(fā)育和遺傳等生命活動都要受到細(xì)胞周期的調(diào)控，且細(xì)胞周期的準(zhǔn)確調(diào)控至關(guān)重要。Cdc25C是一種雙特異性蛋白磷酸酶，對細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（cdk1）的去磷酸化和活化非常重要，并且通過去磷酸化蛋白激酶Cdc2來控制有絲分裂的進(jìn)入。14-3-3蛋白與Cdc25C ser-216位磷酸化位點結(jié)合，抑制Cdc25C的活性，使細(xì)胞滯留于細(xì)胞間期[26]，而在有絲分裂期間ser-214位的磷酸化，會抑制ser-216位的磷酸化，從而影響Cdc25c與14-3-3的結(jié)合，進(jìn)而影響周期進(jìn)程[27]。

E2Fs轉(zhuǎn)錄因子家族在協(xié)調(diào)細(xì)胞周期進(jìn)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，E2F7和E2F8表達(dá)水平在S期達(dá)到峰值，介導(dǎo)許多參與DNA復(fù)制、代謝和修復(fù)的靶基因的下調(diào)。E2Fs作為DNA復(fù)制基因的轉(zhuǎn)錄抑制劑，能夠誘導(dǎo)永久性的S期阻滯和抑制腫瘤的發(fā)生，而在人類肝癌細(xì)胞中，CHK1（checkpoint kinase 1）和14-3-3蛋白共同發(fā)揮作用使E2Fs轉(zhuǎn)錄抑制功能失活而調(diào)控細(xì)胞周期[28] 。14-3-3σ是一個細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白，其抑制Cdk2/cyclinE的活性導(dǎo)致G1期細(xì)胞周期阻滯，并且隔絕Cdc2/cyclinB到細(xì)胞質(zhì)，能夠誘導(dǎo)G2期細(xì)胞周期阻滯[29-32]。當(dāng)發(fā)生DNA損傷和DNA復(fù)制壓力時，需要14-3-3蛋白重新啟動細(xì)胞周期，抑制基因組不穩(wěn)定性[33]。14-3-3蛋白能夠調(diào)控EXO1（Exonuclease 1）的磷酸化位點和其他的未知靶點，來促進(jìn)復(fù)制叉進(jìn)程、穩(wěn)定性以及重新啟動以響應(yīng)DNA復(fù)制壓力[34]。

4 14-3-3蛋白與疾病的關(guān)系

4.1 14-3-3蛋白與代謝性疾病

代謝性疾病如今在全球范圍內(nèi)日益增多，也越來越受到人們的關(guān)注，而且代謝性疾病也影響著不同年齡、性別和社會經(jīng)濟(jì)背景的個人。

生物管是包括肺、肝、腸和腎在內(nèi)的多種器官的基本結(jié)構(gòu)單位，在生物材料交換和結(jié)構(gòu)支持方面發(fā)揮著重要作用，管腺增生則涉及細(xì)胞形狀和囊泡運輸?shù)鹊淖兓?4-3-3ε 與ERM（ezrin/radixin/moesin）在基底皮質(zhì)的結(jié)合，能夠通過直接轉(zhuǎn)運基質(zhì)因素到腔頂端表面從而導(dǎo)致管腔的形成，而14-3-3ε又可與UTKO1（小分子管腺增生抑制劑）直接結(jié)合，UTKO1的存在阻止其與ERM的結(jié)合，并且14-3-3ε蛋白敲低之后也能夠降低管腺增生的形成[35]。雖然14-3-3σ在路易體癡呆?。↙ewy body disease）發(fā)展中的作用尚不明確，但其與路易體癡呆病的病理關(guān)系可以擴(kuò)大人們對路易體癡呆病的認(rèn)識[36]。在慢性腎病中，14-3-3蛋白尤其是14-3-3σ會高表達(dá)，這有可能是鈣網(wǎng)蛋白的高表達(dá)導(dǎo)致低氧誘導(dǎo)因子-1 （hypoxia inducible factor-1，HIF1α）上調(diào)從而誘導(dǎo)14-3-3σ的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致慢性腎病的形成[37]。

4.2 14-3-3蛋白與神經(jīng)性疾病

14-3-3蛋白是在大腦中首次被發(fā)現(xiàn)的，并且在大腦中的表達(dá)量很高，這也就意味著14-3-3蛋白有可能在大腦中發(fā)揮著很重要的作用，同時，許多試驗也說明了14-3-3蛋白與很多神經(jīng)性疾病有關(guān)。1986年在散發(fā)性克雅氏病人的腦脊液（CSF，cerebrospinal fluid）中發(fā)現(xiàn)了2種蛋白，后來被證實其屬于14-3-3蛋白家族，之后大量研究也表明腦脊液中14-3-3蛋白與spCJD（sporadic Creutzfeldt-Jakob disease）密切相關(guān)，并且世界衛(wèi)生組織在1998年將14-3-3蛋白陽性作為spCJD的一個輔助性診斷指標(biāo)[38]，之后腦脊液蛋白14-3-3檢測仍是診斷克雅氏病的重要手段[39]，而后研究也表明腦脊液中14-3-3γ蛋白水平超過100 000 AU/m，則有很大風(fēng)險會患克雅二氏癥CJD[40]。

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