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凋亡调控基因BC12家族研究的新进展

来源:生物化学与生物物理进展
摘要:摘要凋亡的调控是细胞生理死亡和肿瘤发生的重要机制。对各种刺激诱导下细胞凋亡机制的分析有助于深入了解肿瘤细胞生物学及发现新的治疗对策。凋亡调控基因BCL2家族成员可分为凋亡阻遏基因和凋亡促进基因。这些基因编码的蛋白质分子通过组成和/或影响同二聚体与异二聚体的不同比例而介导其对细胞存活的生物学效应。...

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   摘要 凋亡的调控是细胞生理死亡和肿瘤发生的重要机制。对各种刺激诱导下细胞凋亡机制的分析有助于深入了解肿瘤细胞生物学及发现新的治疗对策。凋亡调控基因BCL2家族成员可分为凋亡阻遏基因和凋亡促进基因。这些基因编码的蛋白质分子通过组成和/或影响同二聚体与异二聚体的不同比例而介导其对细胞存活的生物学效应。

    关键词 凋亡,BCL2家族,机制,BCL2/BAX

  学科分类号 Q7

  抗凋亡基因BCL2家族的发现开辟了新一类癌基因——凋亡调控基因的新纪元[1]。不同于一般的癌基因与抑癌基因,凋亡基因的生物学效应是调控细胞存活期,而不影响细胞增殖,已知BCL2家族至少包括10个成员,成员之间通过组成同二聚体、异二聚体而促进或抑制凋亡,从而与肿瘤消长关系密切[2]。

  1 BCL2

  BCL2家族的主要代表,通过多种途径介导凋亡。

  1.1 BCL2的作用需要一完整的膜结构

  BCL2的羧基端为疏水性,含有一个由19个氨基酸伸展成的跨膜结构。亚细胞组分分析、免疫荧光及共聚焦显微研究显示BCL2是一个26ku的胞内膜蛋白,其分布依细胞类型而定,在造血细胞表达水平最高,常位于线粒体、光面内质网及核膜。BCL2的羧基末端作为信号锚(signal anchor)序列插入线粒体外膜,其胞浆多肽部分对蛋白酶敏感。缺乏信号锚序列的BCL2抗凋亡功能不完全,但仍可与BAX结合成异二聚体。BCL2功能的发挥依赖于其在亚细胞膜的定位,BCL2氨基末端的大部分暴露于胞浆,借此可与胞浆蛋白或其他同时锚定在线粒体的BCL2样分子相互作用。BCL2可阻遏因缺乏线粒体DNA而不能携带电子传递的细胞凋亡,从而提示BCL2的功能并不需要一个完整的电子传递/氧化磷酸化链[3]。

  1.2 BCL2能抑制氧化剂诱导的调亡

  内质网、线粒体外膜及核膜是活性氧(reactive oxygen species, ROS)的产生部位。而BCL2也正存在于这些部位,这促使人们探讨BCL2与ROS在细胞凋亡中的作用关系,进而观察到BCL2能抗H2O2、t-丁基或甲萘醌(menadione)对细胞凋亡的诱导。在低浓度时,这些氧化物主要是通过凋亡途径杀死细胞。此外,BCL2可拮抗某些降低胞内还原型谷胱甘肽含量的制剂诱发的凋亡[4]。上述结果提示ROS可能涉及能被BCL2阻遏的细胞凋亡途径。近来研究反映抗氧化剂损伤为BCL2抗凋亡的原理之一,但在此途径中BCL2是直接或间接作用仍未知。

  1.3 BCL2 影响细胞内钙内流

  观察BCL2功能的另一方面是其存在于内质网,而后者与胞内钙自稳的调节有关,Ca2+影响凋亡,因为某些核小体DNA的降解为钙依赖性,且Ca2+通道激活剂可诱导淋巴细胞凋亡,尽管胞内Ca2+总量的改变并不与凋亡的诱导一致,但可出现胞内Ca2+的重新分布,观察钙泵抑制对凋亡的影响,人们发现凋亡与Ca2+流从内质网进入胞质有关,且BCL2能阻断这种钙流[5]。胞内Ca2+贮存的流动性可能仅为复杂凋亡程序的环节之一,尚未明确BCL2是直接还是间接影响钙自稳。

  大量资料显示BCL2可延长细胞存活期,抑制各种因素,包括物理、化学、生物因素等对细胞凋亡的诱导。BCL2的超常表达与肿瘤的发生发展有关。但是,BCL2并不能阻抑所有细胞的凋亡。鉴于BCL2能够阻抑由如此多不同信号及细胞内途径造成的调亡,据此推测BCL2在凋亡途径中作用必定在许多信号汇集后某个环节,因此,理论上细胞凋亡的下游途径可能不止一个,尽管BCL2阻遏凋亡的确切机制未明,业已了解其阻抑增殖期细胞的调亡,延长非增殖期细胞的存活时间[6]。

  2 BAX

  BAX是重要的异二聚体伴分子,促进细胞凋亡,BAX因与BCL2蛋白共同免疫沉淀而被鉴定,是21ku蛋白,含一类似于存在BCL2的疏水性羧基末端,与BCL2共存在于线粒体。BAX在组织中广泛表达,包括在细胞正常成熟过程中发生死亡的许多部位。BAX与BCL2的同源区主要丛集在两个保守区BH1和BH2,但BAX中BH2的一个外显子接合点(exon juncture)是保守的。BAX与BCL2构成异二聚体,而BAX自身组成二聚体。BCL2蛋白中BH1和BH2的定点突变(sitedirected mutagenesis)提示该结构域对结合BAX的重要性。当BCL2与BAX的结合点断裂(disrupted),则BCL2对细胞的保护性消失,说明BCL2必须结合BAX才能发挥其作用,较能说明问题的实验是,当BH1的单个氨基酸如甘氨酸(Gly145)被丙氨酸(Ala)或谷氨酸(Glu)取代及BH2的色氨酸(Trp188)被Ala替换时,BCL2与BAX的结合点完全消失,这时BCL2死亡阻遏效应不复存在[7]。BCL2与BAX蛋白量的比率决定异二聚体(BCL2/BAX)与同二聚体(BAX/BAX)的比值,这对决定细胞凋亡的易感性起关键作用。一般而言,BCL2的过度表达与BAX形成异二聚体而阻抑凋亡。然而,BCL2与BAX的比值依细胞系的发育阶段而异,BCL2/BAX比值的高低是判断恶性肿瘤耐药、复发的有用指标[8]。

作者: 刘陶文 2004-9-27
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