【www.zhangdahai.com--拓展训练体会】
【摘要】即刻早期反应基因X-1(IEX-1)是一个在外界刺激下能快速激活表达的应激诱导表达基因,其在细胞凋亡调控、细胞内各种信号通路的调节以及心血管的保护中都有着重要的作用。IEX-1的表达调控涉及多个调节因子,受很多因素的影响。研究表明:IEX-1的启动子结构非常复杂,有多种转录因子的结合位点,其中研究比较清楚的有NF-κB/rel,p53,c-Myc,Sp1等,它们在IEX-1启动子上有结合位点,直接通过DNA-蛋白质相互作用的方式调节IEX-1的表达,且各因子之间以蛋白质-蛋白质相互作用的方式调控IEX-1表达,使IEX-1在应激的环境刺激中迅速被激活,转录、翻译表达出IEX-1蛋白,发挥其生物学功能。
【关键词】 IEX-1;基因表达调控;转录水平;翻译水平
【中图分类号】R394 【文献标识码】A 【文章编号】1006-1959(2009)10-0255-01
IEX-1是1993年由Charles等在小鼠成纤维细胞中发现的一个新的即刻早期反应基因[1],由两个外显子和一个内含子组成,编码一类18 KD、156个氨基酸组成的蛋白质,可被糖基化、磷酸化修饰,其基因定位于6p21.3,与MHC位点毗邻,对细胞凋亡有调节作用。其在皮肤、气管、胃肠道、泌尿生殖系统以及胰腺和乳腺上皮组织中高表达,这种组织分布特点表明其功能可能与组织器官直接接触的外界环境刺激有关[1]。IEX-1的表达调控涉及遗传信息水平、转录水平以及翻译水平的调节。目前对IEX-1的表达调控研究主要集中在遗传信息水平的调节,而在遗传信息水平和翻译水平上,对IEX-1的表达调控机制尚知之甚少。
1IEX-1在转录水平的表达调控
1.1NF-κB/rel对IEX-1转录的调控作用:
在IEX-1启动子-102位有一个κB样结合序列[2],该序列与多个NF-κB/rel复合物相关。κB样序列虽然不是NF-κB复合体的经典结合序列, 但其与经典的NF-κB(p50-p60)异源二聚体有直接相互作用,与C-rel-p65异源二聚体的结合序列完全匹配,且P65、p50、c-rel与IEX-1 的启动子有直接相互作用[3],表明IEX-1可被多个NF-κB/rel蛋白调节,并且在体内不同的NF-κB/rel家族成员之间可相互补充促进IEX-1的表达。
1.2p53对IEX-1转录的调控作用:
IEX-1启动子-241--221位有p53样结合序列。在HeLa细胞和Hep3B细胞中证明[4],p53结合位点介导了IEX-1 转录激活作用,激活方式与p53激活p21/Waf1基因的转录相似。但在角质细胞中发现p53可抑制IEX-1 的转录,而不是促进其转录[2]。这些结果不一致,可能是由于IEX-1受多个转录因子调控,尤其当p53与NF-κB/rel、c-Myc以及sp1等转录因子共同作用时,各转录因子之间存在相互影响。
NF-κB/rel通常是促进细胞存活,而p53的表达往往与诱导凋亡相关。因此,可以认为这两个转录因子可能以相反的方式对基因表达进行调控。事实上,p53可以解聚NF-κB/rel多聚体或者与其竞争结合共同的共激活因子p300/CBP,从而抑制NF-κB/rel的活性[5]。而且,增加p53的量并不影响NF-κB/rel-IEX-1启动子复合物的形成,反之亦然,说明两者之间的协同作用不依赖两者之间的直接相互作用。
1.3c-Myc对IEX-1转录的调控作用:
将-166--161位的c-Myc调节位点突变后,可产生与突变p53结合位点后相类似的效果,增加IEX-1的启动子活性,调节IEX-1的转录。而p53对其转录激活效应可被高表达的c-Myc阻断。同样,升高c-Myc可以引起一剂量依赖的p53介导的IEX-1转录抑制[4]。重要的是,c-Myc拮抗p53的活性同时可以取消p53与p65之间的强大协同作用,当突变p53的结合位点后,可以取消c-Myc介导的抑制效应,而导致IEX-1的转录活性获得净升高。在IEX-1的启动子序列上,c-Myc的结合位点位于p53与NF-κB/rel的结合位点之间,因此,c-Myc介导的对IEX-1的抑制作用可能是基于空间位阻效应。这一空间位阻理论得到了后续实验的证实,突变E-box可增强IEX-1的转录,而将E-box整个删除,则取消这一活性。
1.4其它基因对IEX-1转录的调控作用:
sp1也通过与p53相互作用对IEX-1表达起调控作用[5],此外,还有AML1等[6]。IEX-1的诱导表达受到转录激活的IEX - 1启动子的介导,且需要位于-1068的AML1结合位点的作用。磷酸化的AML1作为转录增强子直接作用于IEX-1的基因的调控序列,使IEX-1的表达增加。
2病毒蛋白在转录后阶段对IEX-1转录的调控作用
对被麻疹病毒感染的急性麻疹、麻疹恢复期及未受感染的儿童的外周血单核细胞的基因表达变化的研究发现,有206个基因显著下调,而13个基因显著上调,其中包括IEX-1[7]。另外,单纯疱疹病毒( HSV )大量感染宿主细胞时,能抑制细胞基因表达,减少宿主对感染的免疫反应。该效应主要是病毒蛋白ICP27和病毒宿主关闭蛋白(vhs)的共同作用。HSV感染能稳定含有ARE的IEX-1mRNA。而IEX - 1mRNA的稳定可以被p38信号抑制剂SB203580所废止。
IEX-1是一种即刻早期反应基因,只在特定的外界环境刺激下表达增加,其mRNA具有不稳定性,容易被降解,这可能是由于IEX-1的mRNA上3"端有富含AU的不稳定序列(AREs)。感染病毒后,病毒蛋白能在转录后的阶段增加IEX-1的稳定性,防止其被降解,从而上调IEX-1表达。这一调控作用使IEX-1在病毒感染后表达量增加,其作用可能与其他被病毒蛋白上调的炎症因子的作用一样参与免疫反应。目前尚无关于IEX-1此功能的报道。
3IEX-1在翻译水平上的表达调控
IEX-1在翻译起始、过程及翻译后加工各个环节受到多种因素的调控。IEX-1存在翻译后修饰(糖基化和磷酸化)和不同的剪接形式,目前发现了至少四种不同形式的IEX-1,其分子量分别为18、22、29、31KD[8]。这些异型体之间的比例以及他们在胞浆、核内以及胞内膜的不同分布,可能在IEX-1最终功能表现上起重要作用。
细胞外信号调节激酶ERKs可以对IEX-1蛋白进行磷酸化修饰[9]。此外,MCL-1和BIM在翻译后水平可能对IEX-1的表达和生物学活性具有调控作用。MCL-1和IEX-1的相互作用复杂,在293T细胞中发现高表达MCL-1的细胞可以抑制IEX-1引起的凋亡,然而,缺少MCL-1的细胞由IEX-1引起的凋亡更加严重。IEX-1促凋亡作用依赖于促凋亡因子BIM激活。在BIM缺失的细胞中,即使高表达IEX-1也无法通过增加线粒体膜的通透性干扰线粒体的膜电位,无法诱导细胞凋亡。
综上所述,IEX-1基因的表达调控是一个极其复杂的过程。而IEX-1作为调控细胞凋亡和调节细胞内多种信号通路的重要分子已经在临床应用中显示出其应用价值,因此,研究IEX-1的表达调控机制具有重大的意义。
参考文献
[1]Charles CH, Yoon JK, Simske JS, Lau LF. Genomic structure, cDNA sequence, and expression of gly96, a growth factor-inducible immediate-early gene enco
ding a short-lived glycosylated protein. Oncogene.Mar 1993;8(3):797-801
[2]Im HJ, Pittelkow MR, Kumar R. Divergent regulation of the growth-promoting gene IEX-1 by the p53 tumor suppressor and Sp1. J Biol Chem.Apr 26 2002;277(17):14612-14621
[3]Boyd KE, Farnham PJ. Coexamination of site-specific transcription factor binding and promoter activity in living cells. Mol Cell Biol. Dec 1999;19(12):8393-8399
[4]Schafer H, Diebel J, Arlt A, Trauzold A, Schmidt WE. The promoter of human p22/PACAP response gene 1 (PRG1) contains functional binding sites for the p53 tumor suppressor and for NFkappaB. FEBS Lett.Oct 2 1998;436(2):139-143
[5]Webster GA, Perkins ND. Transcriptional cross talk between NF-kappaB and p53. Mol Cell Biol.May 1999;19(5):3485-3495
[6]Hamelin V, Letourneux C, Romeo PH, Porteu F, Gaudry M. Thrombopoietin regulates IEX-1 gene expression through ERK-induced AML1 phosphorylation. Blood.Apr 15 2006;107(8):3106-3113
[7]Zilliox MJ, Moss WJ, Griffin DE. Gene expression changes in peripheral blood mononuclear cells during measles virus infection. Clin Vaccine Immunol. Jul 2007;14(7):918-923
[8]Feldmann KA, Pittelkow MR, Roche PC, Kumar R, Grande JP. Expression of an immediate early gene, IEX-1, in human tissues. Histochem Cell Biol. Jun 2001;115(6):489-497
[10]Garcia J, Ye Y, Arranz V, Letourneux C, Pezeron G, Porteu F. IEX-1: a new ERK substrate involved in both ERK survival activity and ERK activation. The EMBO journal.Oct 1 2002;21(19):5151-5163.
作者单位:361005
