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Nature利用RNAi对人类激酶大盘点

2018-12-03 16:53:09

Nature利用RNAi对人类激酶大盘点

生物通报道:内吞作用是细胞活动中一个关键的步骤,它涉及许多种进入细胞途径和内吞组成部分。内吞作用是如何通过细胞信号高效、有规律地运作的机制仍不是十分清楚。近来自德国分子生物学和遗传学Max Planck研究机构(MPI)的Lucas Pelkmans带领的研究小组利用RNAi技术对在人类调亡、细胞周期等活动中出现的激酶进行了大规模的研究,文章发表在7月7号的Nature杂志上。

学过细胞生物学的人对激酶和内吞作用一定不会陌生,蛋白激酶(Kinase)是一类磷酸转移酶,其作用是将ATP的γ磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上,使蛋白质磷酸化。蛋白激酶在信号转导中主要作用有两个方面:其一是通过磷酸化调节蛋白质的活性,磷酸化和去磷酸化是绝大多数信号通路组分可逆激活的共同机制,有些蛋白质在磷酸化后具有活性,有些则在去磷酸化后具有活性;其二是通过蛋白质的逐级磷酸化,使信号逐级放大,引起细胞反应。可以说细胞内的所有活动都离不开激酶。以激酶为“指挥”的整个信号络系统操纵着我们每个器官、每个组织,甚至是每个细胞的生死。

如果说信号传导是我们细胞的信号灯,那么内吞作用就是正在运行的车,真核细胞通过内吞作用(endocytosis)和外排作用(exocytosis)完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输。通过内吞作用可以行使许多细胞的功能,如:营养的获取、生长因子的调控、突触间冲动的传播和外来物质的抵御。总共有四种内吞获得机制:格蛋白介导型内吞作用(clathrin-mediated endocytosis, CME)、胞膜窖/脂筏介导型内吞作用(caveolae/raft-mediated endocytosis)、巨胞饮作用(macropinocytosis)和内吞体间物质相互交流,它们受到信号分子的调控的同时自己也是信号传导的一员。随着人类基因组测序的逐步完善我们可以对内吞运输中的每个元件以及它们对外界刺激的反应进行详细地了解。这其中重要的步就是对人类激酶组(蛋白、脂类和碳水化合物激酶的总称)在内吞运输中的作用的研究。通过高通量的RNAi技术和自动荧光成像分析,Pelkmans对两种主要途径内吞作用:格蛋白介导和胞膜窖/脂筏介导内吞作用中出现的激酶的功能进行了系统研究。

在使基因沉默的过程中运用到两种病毒,它们可以高效感染宿主细胞,并进行繁殖,而且容易量度。其中,疱疹性口炎病毒(Vesicular stomatitis virus, VSV)是通过格蛋白介导进入初级和次级内吞体(endosome)的;而猿猴病毒40(Simian virus40, SV40)是通过胞膜窖介导的内吞作用和脂筏介导内吞作用而传递到内质的。值得注意的是生长因子复合物的信号传导反应是由一样的内吞路线共同调节的。

转染的细胞是人宫颈癌细胞系(Hela),它在siRNA转染后三天转染率可达90%,并且使mRNA减少多于70%。

实验共对590个人类激酶进行了筛选,共鉴定了208个激酶涉及到这两种内吞途径。在这次大规模的筛选当中研究人员发现了一种新的激酶负责调控胞膜窖的稳定和动态平衡,这项研究也发表在7月7号的Nature上。详细的信息可留意之后的报道:Nature:吻完就跑的胞膜窖。

参与内吞作用的很多激酶在细胞有丝分裂信号作用、刺激细胞分裂和淋巴细胞转化中发挥功能,这进一步证明了内吞作用不仅是一个运输各种分子货物的过程,同时它和细胞信号传导是统一的过程。研究人员通过大规模的筛选,把这个络的草图描绘了出来。如下图,这里所得到的图谱可以说是人类基因组激酶的功能图谱。

红色代表激酶在内吞过程中起激活作用,绿色则表示抑制作用

在这次大规模筛选中也发现了一些调控内吞作用的新原则。1 找到了涉及在内吞作用一大组激酶,个数达到约210个。其中有一些是次发现的。2 有些激酶可以对当一个内吞路径减弱时对另一个内吞路径起到正面的作用。这意味着格蛋白介导的内吞和胞膜窖介导的内吞作用可以相互协作来完成膜的动态平衡和信号传导活动。3 在发现与内吞作用有关的这一组激酶当中,有许多在信号传导过程中也起到重要作用。这也进一步表明了内吞运输和信号转导是紧密偶连在一起的。

研究总结了一些细胞在不同环境中对不同刺激的反应的框架图。研究发现内吞作用不仅仅是作为一个受体下行调节激活生长因子复合物在起作用。首先,生长因子复合物可以通过激活下游的激酶的级联反应而修饰自己在细胞内的路线。其次,内吞体与细胞骨架联合在内吞体从质膜上形成后定向地向核内运输,而不是以前所认为的自由扩散。,通过这种大规模的RNAi方法可以得到内吞途径基因组中所有激酶的功能图谱。下一步的工作就是把这些功能图谱数量化(生物通 谢菲)。

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