14-3-3蛋白相關研究進展

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蛋白的研究成果進行歸納總結，綜述了14-3-3蛋白在蛋白質翻譯后修飾、細胞周期及疾病形成等方面的最新研究進展，討論了深入研究14-3-3蛋白的重要性。

關鍵詞 14-3-3蛋白;保守性;結構特征;細胞周期;疾病

中圖分類號 Q 51 ?文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）12-0019-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.12.005

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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合蛋白，其能夠特異性結合到含有磷酸化蘇氨酸和磷酸化絲氨酸的蛋白質肽段上[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量是有所區(qū)別的[3]。而且，無論是在體內還是在體外，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]。關于蛋白質與蛋白質的相互作用這一方面，14-3-3是通過改變其結合對象的構象、穩(wěn)定性、亞細胞定位或活性來發(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，并可與數(shù)百種蛋白質相互作用，能夠參與調控多種細胞進程，如神經(jīng)發(fā)育、信號轉導、免疫反應、蛋白轉運、細胞周期和凋亡等[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，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[9-11]。14-3-3蛋白在大腦中表達量較高，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)遞質釋放等[12-14]。筆者著重介紹14-3-3蛋白與蛋白質翻譯后修飾、細胞周期和疾病發(fā)生等之間的聯(lián)系。

1 14-3-3蛋白的種類與結構

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蛋白的結構

14-3-3蛋白以同源二聚體或異源二聚體的形式存在，其能夠同時結合2個配體，至今已有多種14-3-3蛋白及其配體復合物的結晶結構被研究報道，而所有14-3-3蛋白的三級結構都極為相似。14-3-3蛋白的X射線結構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構域，也調節(jié)著14-3-3與靶蛋白的結合，溝槽的兩側是不對稱的，并且高度保守，帶有大量負電荷，一側是由αG和αI上的疏水性氨基酸殘基構成的非極性面，另一側是由αC和αE上的極性氨基酸殘基構成的極性面[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又形成了離子鍵和氫鍵，這就解釋了磷酸化是調控許多配體與14-3-3結合的關鍵[16]。

2 14-3-3與蛋白質翻譯后修飾

蛋白質的翻譯后修飾（posttranslational modification，PTM）通過直接和動態(tài)地控制蛋白質的功能，使細胞能夠對內部和外部的信號做出迅速反應，在調節(jié)多種細胞過程中發(fā)揮著重要作用，在過去幾十年里，磷酸化、乙酰化和泛素化等翻譯后修飾都獲得了極大的關注[18]。

14-3-3蛋白的磷酸化是公認的調控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位磷酸化調控14-3-3蛋白的二聚化[20]，而S185磷酸化調控其與配體的結合[21-22]，S232磷酸化可能也會影響配體結合，這是由于C末端尾部能夠向后折疊堵塞結合口袋導致的[23]。

最近研究發(fā)現(xiàn)，在人類細胞中，14-3-3蛋白能夠結合O-GlcNAc基團，而且14-3-3β/α和γ的結構能夠結合糖肽段，這能夠為O-GlcNAc介導的蛋白質-蛋白質相互作用提供生物物理基礎，并且由于14-3-3蛋白也能夠結合磷酸化-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14-3-3蛋白的泛素化，尤其是14-3-3ζ蛋白的泛素化，并促進大腦中14-3-3蛋白與α-synuclein的結合，MsrA介導的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節(jié)[25]。

3 14-3-3蛋白與細胞周期

生物的生存、繁殖、發(fā)育和遺傳等生命活動都要受到細胞周期的調控，且細胞周期的準確調控至關重要。Cdc25C是一種雙特異性蛋白磷酸酶，對細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入。14-3-3蛋白與Cdc25C ser-216位磷酸化位點結合，抑制Cdc25C的活性，使細胞滯留于細胞間期[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的結合，進而影響周期進程[27]。

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

4 14-3-3蛋白與疾病的關系

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日益增多，也越來越受到人們的關注，而且代謝性疾病也影響著不同年齡、性別和社會經(jīng)濟背景的個人。

生物管是包括肺、肝、腸和腎在內的多種器官的基本結構單位，在生物材料交換和結構支持方面發(fā)揮著重要作用，管腺增生則涉及細胞形狀和囊泡運輸?shù)鹊淖兓?4-3-3ε 與ERM（ezrin/radixin/moesin）在基底皮質的結合，能夠通過直接轉運基質因素到腔頂端表面從而導致管腔的形成，而14-3-3ε又可與UTKO1（小分子管腺增生抑制劑）直接結合，UTKO1的存在阻止其與ERM的結合，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在路易體癡呆病（Lewy 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系可以擴大人們對路易體癡呆病的認識[36]。在慢性腎病中，14-3-3蛋白尤其是14-3-3σ會高表達，這有可能是鈣網(wǎng)蛋白的高表達導致低氧誘導因子-1 （hypoxia inducible factor-1，HIF1α）上調從而誘導14-3-3σ的表達，進而導致慢性腎病的形成[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。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，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[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，則有很大風險會患克雅二氏癥CJD[40]。

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