多聚谷氨酰胺延伸蛋白募集细胞内正常蛋白质或RNA的分子机制

多聚谷氨酰胺(PolyQ)疾病,是一类由编码蛋白质的基因中CAG三核苷酸重复序列的异常延伸所引发的神经退行性疾病.CAG三核苷酸重复序列导致所编码蛋白质的PolyQ序列的异常延伸,使蛋白质发生错误折叠和积聚,并在细胞内形成包涵体.包涵体的形成是神经退行性疾病的一个重要特征.PolyQ蛋白在积聚过程中,可以将细胞内与其特异相互作用的蛋白质或RNA募集到包涵体中.被募集的其他蛋白质或RNA不仅自身的可溶性组分减少,而且由于被"挟持"到包涵体中其在细胞内的有效组分也相应地减少,从而影响其正常的生物功能.根据特异相互作用的模式,我们将募集作用分为以下几种类型:蛋白质(含Poly Q蛋白)的共积聚;特定结构域或模体介导的募集作用(包括泛素等修饰介导的募集作用);RNA介导的募集作用;以及对分子伴侣蛋白的募集作用.PolyQ延伸蛋白的积聚和对其他组分的募集可能是引发细胞毒性和神经退行性病变的重要原因.     

Ataxin-7蛋白在基因调控中的作用及与SCA7疾病的关系

Ataxin-7 (Atx7)蛋白是真核细胞SAGA (Spt-Ada-Gcn5 acetyltransferase)复合物中的重要组成亚基,能将其去泛素化模块锚定到整个复合物上并起到骨架支撑作用,进而参与SAGA复合物对染色质组蛋白乙酰化和去泛素化修饰的调控。Atx7通过调控SAGA复合物与视锥视杆细胞同源盒基因蛋白(cone-rod homeobox, CRX)的结合,对依赖CRX的基因转录激活起到调节作用。然而,Atx7的N-端多聚谷氨酰胺(polyglutamine, PolyQ)序列的异常延伸,会使其在细胞内发生蛋白质积聚(aggregation),进而引起Ⅶ-型脊髓小脑共济失调症(spinocerebellar ataxia 7, SCA7)的发生。现综述Atx7在细胞内的正常生理功能及其PolyQ延伸引起的蛋白质积聚,探讨PolyQ延伸的Atx7对细胞功能的影响,以及最终引发神经退行性疾病的分子机制。     

转基因果蝇模型与多聚谷氨酰胺疾病

多聚谷氨酰胺(polyglutamine,PolyQ)疾病是由CAG三核苷酸异常重复扩增并编码多聚谷氨酰胺链而致病的一类疾病.目前,已经发现了9种PolyQ疾病,临床表现为成年起病,缓慢进展性的神经系统功能障碍.近年来许多研究者用转基因动物模型(小鼠、果蝇、斑马鱼等)研究神经退行性疾病的表型、发病机制及治疗,其中,果蝇以其独特的分子遗传学优势成为研究PolyQ疾病的理想模式生物.本文就运用转基因果蝇研究PolyQ疾病的表型及发病机制作一综述.     

转录因子EB和自噬在神经退行性疾病发病机制中的作用

自噬广泛存在于真核细胞中,与机体生理和病理过程的发生发展密切联系.自噬主要参与长寿蛋白质的降解,以清除受损或多余的蛋白质和细胞器,是细胞自我降解的过程之一.自噬通常被分为三类:大自噬、分子伴侣介导的自噬和小自噬.自噬溶酶体途径(ALP)功能障碍导致蛋白质聚集,从而产生异常蛋白质和无效细胞器的积累,这些特征是阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)、帕金森病(Parkinson disease,PD)和亨廷顿病等神经退行性疾病(Huntington disease,HD)的标志.自噬的过程受一系列复杂的信号分子的调控,其中一个主要调节因子是转录因子EB(TFEB),是转录因子MiT家族的成员之一.研究表明,TFEB可通过积极调节自噬体形成和自噬体-溶酶体融合参与自噬,此外它还通过溶酶体胞吐作用提高细胞内的清除作用.因此作为自噬溶酶体生物发生的主要调节因子,TFEB已被广泛证明激活后可以从病理方面改善这些疾病.我们回顾分析ALP和TFEB的调节及其对神经退行性疾病的影响,同时展望ALP和TFEB在疾病病理中的复杂作用及其治疗意义.     

Sox基因家族对成年神经发生的 转录调控作用

成年神经发生是脑内一个复杂而高度调控的重要生物学过程,维持了脑内可塑性和相关功能。近年来,成年神经发生受内在因素和外在因素的影响。其中,内在因素中的转录因子参与基因转录,协调成年神经发生过程中遗传程序的表达。Sox基因家族编码的Sox蛋白作为重要的转录调控因子对成年神经发生起着重要的转录调控作用。因此,本文就Sox基因家族中参与成年神经发生的关键因子展开综述,为人们理解成年脑内神经发生的分子调控机制提供新的见解。     

线粒体转录延伸因子:调控线粒体DNA复制与转录转换的分子开关

线粒体转录延伸因子(TEFM)最早是基于其氨基酸序列与真核细胞核转录因子Spt6具有同源性而被鉴定,其包括两个串联重复的螺旋-发夹-螺旋结构域(Helix-Hairpin-Helix,(HhH)2)和一个RNase H折叠。TEFM二聚化对于TEFM与线粒体RNA聚合酶的结合至关重要。近年的研究发现,TEFM是调控线粒体DNA(mtDNA)复制与转录相互转换的关键分子开关,参与人类线粒体基因转录延伸过程及其表达调控。本文首先介绍了TEFM蛋白的序列同源性、蛋白质结构特征,为后续功能研究奠定结构基础。其次,阐明了TEFM在线粒体转录延伸过程中的作用和抗转录终止功能,以及线粒体转录延伸复合体的功能。TEFM避免了mtDNA转录和复制过程发生冲突,使线粒体转录延伸复合体具有更高的稳定性和持续合成能力,体内和体外都能增强mtDNA转录延伸活性,在mtDNA的复制和转录调控中发挥重要作用。最后,阐述了TEFM参与线粒体RNA加工,以及在线粒体能量代谢和线粒体相关疾病的发生发展中的作用。TEFM的缺失严重损害氧化呼吸链,证明mtDNA转录延伸对于维持线粒体氧化磷酸化功能是必需的。1型神经纤维瘤、胰腺癌、脑胶质瘤等疾病的发生机制可能与TEFM基因缺失或表达异常有关,因此,本文进一步探讨和展望了TEFM对人类线粒体相关疾病研究的应用前景。     

泛素–蛋白酶体通路介导细胞内c-Myc调控的研究进展

c-Myc是由原癌基因c-myc编码的、具有bHLH/LZ结构域的转录调节因子,它不仅可以直接或通过其他蛋白质间接调控转录激活,而且能够抑制某些基因的表达。近年来的研究表明,c-Myc通过泛素–蛋白酶体通路维持其在体内的相对稳定,参与调控了细胞增殖、凋亡、细胞周期和细胞代谢等多种生物学功能,其功能异常与多种疾病的发生、发展密切相关。该文综述了泛素–蛋白酶体通路介导细胞内c-Myc蛋白质调控的最新研究进展。     

雌、孕激素受体的转录激活与调控（英文）

雌激素受体与孕激素受体都是类固醇激素受体这一进化上高度保守的转录因子家族的重要成员。当雌、孕激素受体分别与其配体在细胞浆中结合后进入核内,与靶基因上特异的DNA响应元件结合,并适时募集一些辅助转录因子,诱导特定基因转录表达,影响靶细胞的功能活动。雌、孕激素受体的转录活性还因其在蛋白翻译后所发生的不同修饰而改变。蛋白翻译后的修饰种类繁多。经典的修饰为丝/苏氨酸和酪氨酸残基的磷酸化修饰。近些年的研究发现,泛素化与类泛素化修饰对激素受体的稳定性、在亚细胞定位及其对辅助因子的募集等方面都发挥重要作用,并最终影响激素受体的转录活性。本文旨在对国内外近几年关于雌、孕激素受体的转录活性调控及其在早期妊娠中的生理意义进行综述,这将有助于理解雌、孕激素作用异常相关的女性生殖疾病。     

泛素融合降解蛋白UFD1的结构与功能

泛素-蛋白酶体途径是细胞内蛋白质选择性降解的主要途径,参与多种真核生物细胞生理过程,与细胞的生理功能和病理状态有着密切的关系。该途径中UFD1作为泛素识别因子介导泛素化的靶蛋白至26S蛋白酶体降解。该文在概述泛素-蛋白酶体途径作用机制的基础上,对哺乳动物和酵母UFD1蛋白的结构及其在细胞周期调控、转录调控、内质网相关蛋白降解中的功能进行了综述。     

Pathogenic and non-pathogenic polyglutamine tracts have similar structural properties: towards a length-dependent toxicity gradient

Abnormally expanded polyglutamine (polyQ) tracts provide a gain of toxic functions to nine otherwise unrelated human proteins and induce progressive neurodegenerative diseases. Over the past ten years, it was suggested that only polyQ tracts longer than a specific threshold adopt a particular structure, which would be the cause of the apparent polyQ length-dependent toxicity threshold observed in polyQ diseases. We have used a combination of biochemical and biophysical approaches to compare the structural properties of polyQ of pathogenic and non-pathogenic lengths under various conditions. We observe that pathogenic and non-pathogenic polyQ, as soluble species and upon interaction with a partner, during aggregation, or as mature aggregates, display very similar structural properties. PolyQ length only influences the aggregation kinetics and, to a lesser extent, the stability of the aggregates. We thus propose that polyQ toxicity does not depend on a structural transition occurring above a specific threshold, but rather that polyQ tracts are inherently toxic sequences, whose deleterious effect gradually increases with their length. We discuss how polyQ properties and other cellular factors may explain the existence of an apparent polyQ length-dependent toxicity threshold.     

Disruption of axonal transport by loss of huntingtin or expression of pathogenic polyQ proteins in Drosophila

We tested whether proteins implicated in Huntington's and other polyglutamine (polyQ) expansion diseases can cause axonal transport defects. Reduction of Drosophila huntingtin and expression of proteins containing pathogenic polyQ repeats disrupt axonal transport. Pathogenic polyQ proteins accumulate in axonal and nuclear inclusions, titrate soluble motor proteins, and cause neuronal apoptosis and organismal death. Expression of a cytoplasmic polyQ repeat protein causes adult retinal degeneration, axonal blockages in larval neurons, and larval lethality, but not neuronal apoptosis or nuclear inclusions. A nuclear polyQ repeat protein induces neuronal apoptosis and larval lethality but no axonal blockages. We suggest that pathogenic polyQ proteins cause neuronal dysfunction and organismal death by two non-mutually exclusive mechanisms. One mechanism requires nuclear accumulation and induces apoptosis; the other interferes with axonal transport. Thus, disruption of axonal transport by pathogenic polyQ proteins could contribute to early neuropathology in Huntington's and other polyQ expansion diseases.     

Polyglutamine neurodegeneration: expanded glutamines enhance native functions

An intriguing set of neurodegenerative disease are the nine disorders caused by the expansion of a unstable trinucleotide CAG repeat where the repeat is located within the coding of the affected gene, that is, the polyglutamine (polyQ) diseases. A gain-of-function mechanism for toxicity in polyQ diseases is widely thought to have a major role in pathogenesis. Yet, the specific nature of this gain-of-function is a matter of considerable discussion. The basic issue concerns whether toxicity stems from the native or normal function of the affected protein versus a novel function induced by polyQ expansion. For at least three of the polyQ disease considerable evidence is accumulating that pathology is mediated by a polyQ-induced exaggeration of a native function of the host protein.