FOXOs转录因子生物学功能的研究进展

FOX家族是一组结构高度保守的转录因子,其功能及分子机制已逐步成为免疫学、遗传学、医学以及肿瘤学领域的研究热点。FOX蛋白家族有19个亚族,FOXOs是FOX家族的重要成员,其包含FOXO1、FOXO3a、FOXO4以及FOXO6四种转录因子,分别表达于不同的组织器官。FOXOs与细胞发育及代谢密切相关,参与氧化应激、DNA修复、细胞周期调控、细胞凋亡与自噬等众多细胞生理过程,在癌症、骨质疏松、心血管疾病、神经组织退化等多种年龄相关性疾病的发生及发展过程中也发挥着重要的作用,对其功能及分子调控机制的研究可为防治年龄相关性疾病提供新的思路。本文就FOXO家族的活性调节及其在细胞氧化应激、细胞周期及凋亡方面的最新进展做一综述。     

叉头框(Fox)转录因子家族的结构与功能

叉头框(forkheadbox,Fox)蛋白家族是一类DNA结合区具有翼状螺旋结构的转录因子,目前已有17个亚族。Fox蛋白不仅能作为典型的转录因子通过招募共激活因子等调节基因转录,有些还能直接同凝聚染色质结合参与其重构,协同其他转录因子参与转录调节。PI3K-Akt/PKB、TGFβ-Smad和MAPKinase等多条信号通路都可以影响Fox蛋白的磷酸化水平,从而调节其活性。Fox蛋白在胚胎发育、细胞周期调控、糖类和脂类代谢、生物老化和免疫调节等多种生物学过程中发挥作用。     

鱼类和哺乳类Bcl-2家族蛋白的研究进展

细胞凋亡, 即细胞程序性死亡, 在多细胞生物的发育和稳态调控过程中发挥关键作用。Bcl-2家族蛋白是凋亡过程中的主要调控因子, 关于Bcl-2家族蛋白在凋亡过程中的功能及其作用机制一直是研究的热点。已有研究显示Bcl-2家族蛋白不仅作用于线粒体引发凋亡, 并且参与了包括对细胞内质网Ca2+的调控、DNA损伤的修复及与自噬的相互作用等多种反应, 从多方面对细胞的生存状态进行调控。Bcl-2家族蛋白保守存在于脊椎动物和无脊椎动物中, 其功能在进化中存在异同。文章以高等脊椎动物(哺乳动物)和低等脊椎动物(硬骨鱼类)为代表, 总结了近年来Bcl-2家族蛋白在调控宿主凋亡与自噬、DNA损伤及新陈代谢等方面取得的最新进展。该研究为深入了解鱼类和哺乳类Bcl-2家族蛋白的功能和作用机制提供了重要参考。     

蔷薇科果树类受体激酶的研究进展

类受体激酶(receptor like kinase,RLK)参与调控植物几乎所有的生命活动,是植物生长发育和环境适应的“中央处理器”。该文对近年来国内外有关蔷薇科果树RLK基因鉴定、进化特征及其在各器官生长发育、非生物和生物逆境中的作用及调控机制等方面的研究进展进行了综述。蔷薇科果树基因组中存在数目庞大的RLKs,不同树种间的RLK数目和各亚家族成员数目都存在较大差异,而且蔷薇科果树RLK存在极为普遍的部分重复和串联重复现象,是导致家族成员迅速变化的重要原因。有研究发现,一些RLKs调控蔷薇科果树器官发育和对环境的适应性。在器官发育方面,LRR RLK亚家族成员调控根系发育,CrRLK1L、LysM RLK和LRR RLK亚家族部分成员参与调控果实发育,CrRLK1L亚家族成员参与调控花粉管发育,LRR RLK、LysM RLK、L LEC RLK和B Lectin RLK亚家族部分成员调控蔷薇科果树对生物逆境的适应。今后RLK功能研究可侧重于蔷薇科果树特色性状,通过提高目标基因的筛选和验证的效率,加速主效RLKs的筛选进程,并通过筛选主效RLKs诱导方式和加速分子育种进程等途径,将研究成果应用于实际生产。     

脊椎动物Sox基因家族的系统发生分析

脊椎动物Sox基因是一类高度保守的基因家族,它们编码一类转录因子,参与多种发育过程的调控,这个家族的共有特征是Sox蛋白具有一个约79个氨基酸,可与DNA特异结合的HMG盒区,该基因家族成员众多复杂,对它们的基因结构,功能及进化关系的研究有助于对该基因家族的全面认识,利用已克隆的全部脊椎动物全长核苷酸／蛋白质数据,对这些数据进行序列比对及进化树的构建,分析Sox基因家族成员的分类及分子进化模式。     

分化抑制因子3的表达调控机理及其功能

分化抑制因子3（inhibitor of differentiation 3,Id3）属于螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix,HLH）转录因子家族成员之一,该分子参与细胞周期调控过程,在细胞生长与发育、机体的生理及病理过程中发挥重要调控作用。其表达和功能涉及许多复杂的调控机制。     

FoxA转录因子在肝脏发育中的研究进展

FoxA蛋白是一类DNA结合区具有翼状螺旋结构的转录因子,已发现其三名成员FoxAl、FoxA2和FoxA3在哺乳动物胚胎期的器官形成、成体时期的新陈代谢和内环境稳定中起着重要作用。肝脏发育FoxA亚家族成员起着关键调控作用,在肝向命运决定中扮演“先锋因子”的角色。该文对FoxA转录因子在肝脏发育中的调控作用进行了小结,综述了近年来的最新研究成果。     

膜结合鸟苷酸激酶蛋白质家族的结构与功能

MAGUKs蛋白家族成员位于细胞表面,通过其PDZ、SH₃、GK结构域调节离子通道受体的聚集,构建细胞骨架,参与信号转导,调控细胞周期进程,并与机体神经发育密切相关.     

分化抑制因子3的表达调控机理及其功能

分化抑制因子3(inhibitor of differentiation 3,Id3)属于螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix,HLH)转录因子家族成员之一,该分子参与细胞周期调控过程,在细胞生长与发育.机体的生理及病理过程中发挥重要调控作用.其表达和功能涉及许多复杂的调控机制.     

调控植物种子发育的转录因子研究进展

植物种子是裸子植物和被子植物所特有的繁殖器官,也是人类赖以生存粮食的最主要来源。植物种子发育的过程包括形态发育和种子成熟,由一个复杂的转录因子网络管控,转录因子调控和监管整个发育过程。转录因子包含DNA结合区、寡聚化位点区、核定位信号区和转录调控区4个功能结构域,通过结构域与顺式元件相互作用调控基因的表达。研究表明,WOX家族调控胚芽发育,HAP3家族调控胚胎形态发生和细胞分化,MADS-box家族调控胚座和胚珠的发育,NAC家族调控胚珠珠被生长发育,b HLH家族调控种皮细胞的大小和形态,MYB家族是种皮发育的正调节因子。HAP家族成员LEC1和B3超家族的AFL亚家族成员LEC2、FUSCA3、ABI3一起互相作用形成一个调控网络,共同调控种子的成熟发育。Zinc finger超家族的Dof家族调控种子的胚乳发育、贮藏蛋白的合成及脂肪含量的变化,bZIP家族调控种子贮藏基因表达,AP2/EREBP家族调控种子体积与重量、蛋白与油类积累,WRKY家族、IKU、MINI3、SHB1基因和KLU基因调控种子体积大小。综述了植物种子发育过程中转录因子的结构和种类,分析了其作用顺序和功能,解析了种子发育的分子调控机制,展望了其研究方向和前景,以期为种子品质改良奠定理论基础和提供新的思路。     

植物G蛋白偶联受体及其在信号转导中的作用

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors,GPCRs)是具有7个跨膜螺旋的蛋白质受体,是人体内最大的蛋白质超家族.GPCRs能调控细胞周期,参与多种植物信号通路以及影响一系列的代谢和分化活动.简要介绍了GPCR和G蛋白介导的信号转导机制,GPCRs的结构和植物GPCR及其在植物跨膜信号转导中的作用,并对GPCR的信号转导机制及植物抗病反应分子机制的研究提出展望.     

How regulators of G protein signaling achieve selective regulation

The regulators of G protein signaling (RGS) are a family of cellular proteins that play an essential regulatory role in G protein-mediated signal transduction. There are multiple RGS subfamilies consisting of over 20 different RGS proteins. They are basically the guanosine triphosphatase (GTPase)-accelerating proteins that specifically interact with G protein alpha subunits. RGS proteins display remarkable selectivity and specificity in their regulation of receptors, ion channels, and other G protein-mediated physiological events. The molecular and cellular mechanisms underlying such selectivity are complex and cooperate at many different levels. Recent research data have provided strong evidence that the spatiotemporal-specific expression of RGS proteins and their target components, as well as the specific protein-protein recognition and interaction through their characteristic structural domains and functional motifs, are determinants for RGS selectivity and specificity. Other molecular mechanisms, such as alternative splicing and scaffold proteins, also significantly contribute to RGS selectivity. To pursue a thorough understanding of the mechanisms of RGS selective regulation will be of great significance for the advancement of our knowledge of molecular and cellular signal transduction.     

茉莉酸信号途径中转录抑制因子JAZ蛋白家族的分子进化分析

茉莉酸在植物的生长发育、应激反应和次生代谢过程中起着重要的调控作用。转录抑制因子JAZ（Jasmonate ZIM-domain）蛋白则是茉莉酸信号从SCF^coi1受体复合物向下游茉莉酸应答基因转导的纽带。采用比较基因组学的方法。从多谱系的角度对植物JAZ蛋白家族进行分子进化分析并取得以下研究结果。（1）在藻类植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物及单、双子叶植物6个不同谱系的15种代表植物基因组中,鉴定了82个JAZ同源基因,其中在低等藻类植物基因组中没有鉴定到JAZ同源基因,提示JAZ家族基因可能起源于陆生植物。（2）系统发育分析表明,在植物基因组中JAZ蛋白家族可分为10个保守的亚家族,而谱系特异扩增尤其是串联重复和区段重复可能是陆生植物JAZ家族基因扩增与进化的主要机制,并导致多个谱系特异的JAZ亚家族产生。（3）基因结构分析表明,JAZ家族基因含有0一7个数目不等、62—4222bp长度不等的内含子,提示在植物基因组进化过程中,JAZ家族基因可能发生内含-丢失或内含子插入缺失,进而导致基因外显子．内含子结构的多样性。该研究结果将为植物JAZ蛋白家族的深入研究提供参考。     

节肢动物ABC转运蛋白及其介导的杀虫剂抗性

腺苷三磷酸结合盒转运蛋白（ATP-binding cassette transporter),简称ABC转运蛋白（ABC transporter）,是继细胞色素P450单加氧酶、羧酸酯酶、谷胱甘肽S-转移酶之后又一类参与解毒作用的重要蛋白家族,因其在杀虫剂解毒等方面起着非常重要的作用,近年来逐渐受到广泛关注。ABC转运蛋白是一大类跨膜蛋白,其核心结构通常由4个结构域组成,包括2个高度疏水的跨膜结构域（transmembrane domains , TMD）和2个核苷酸结合域（nucleotide binding domains, NBD）。根据序列相似性和保守结构域,可以把ABC转运蛋白家族分为8个亚家族,每个亚家族的成员数及功能不同。这类蛋白在各种生物体内均有分布,其主要功能包括转运物质、信号传导、细胞表面受体及参与细胞内DNA修复,转录及调节基因的表达过程等。此外,近年来的研究表明,ABC转运蛋白的突变或过表达不仅与节肢动物对化学农药的抗药性密切相关,而且在抗Bt毒素方面也起着非常重要的作用,对转Bt作物造成严重威胁。本文综述了节肢动物ABC转运蛋白的结构,ATP水解介导的作用机制,亚家族的分类、结构及生理功能,以及由ABC转运蛋白介导的抗药性研究进展,旨在深入了解ABC转运蛋白的研究现状及其在节肢动物抗药性方面的作用,为阐明节肢动物抗药性机制提供新的理论依据,对改进农业害虫的抗性监测和治理策略也具有一定的指导意义。     

Deciphering function and mechanism of calcium-binding proteins from their evolutionary imprints

Calcium-binding proteins regulate ion metabolism and vital signalling pathways in all living organisms. Our aim is to rationalize the molecular basis of their function by studying their evolution using computational biology techniques. Phylogenetic analysis is of primary importance for classifying cognate orthologs; profile hidden Markov models (HMM) of individual subfamilies discern functionally relevant sites by conservation probability analysis; and 3-dimensional structures display the integral protein in context. The major classifications of calcium-binding proteins, viz. EF-hand, C2 and ANX, exhibit structural diversity in their HMM fingerprints at the subfamily level, with functional consequences for protein conformation, exposure of receptor interaction sites and/or binding to membrane phospholipids. Calmodulin, S100 and annexin families were characterized in Petromyzon marinus (sea lamprey) to document genome duplication and gene creation events during the key evolutionary transition to primitive vertebrates. Novel annexins from diverse organisms revealed calcium-binding domains with accessory structural features that define their unique molecular fingerprints, protein interactivity and functional specificity. These include the first single-domain, bacterial annexin in Cytophaga hutchinsonii, the 21 tetrad annexins from the unicellular protist Giardia intestinalis, an ancestor to land plant annexins from the green alga Ostreococcus lucimarinus, invertebrate octad annexins and a critical polymorphism in human ANXA7. Receptor docking models supported the hypothesis of a potential interaction between annexin and C2 domains as a propitious mechanism for ensuring membrane translocation during signal transduction.     

ROPs:植物细胞内多种信号通路的分子开关

植物RHO相关蛋白GTPases(RHO-related GTPases of plants, ROPs)是广泛存在于植物中的一类信号转导G蛋白(又称GTP结合蛋白),其通过结合GDP或GTP在非活性和活性状态间进行切换,进而在细胞极性控制、形态发育、激素水平调控、逆境反应等诸多植物生命活动的信号转导过程中扮演重要的分子开关角色。本文对ROP蛋白的结构域及基于蛋白质结构分类进行了介绍,并对拟南芥、玉米、水稻和大麦中的ROP家族蛋白质进行了系统进化分析。分析结果表明,这些植物中的ROP蛋白根据蛋白质结构域组成可分为Ⅰ类(typeⅠ)和Ⅱ类(typeⅡ)两种类型,而根据蛋白质序列的保守性可将其在植物中的ROP蛋白划分为4个进化枝。本综述不但对ROP蛋白作为分子开关在细胞内调控各种信号通路的机制进行了叙述,还对ROP在花粉管、根毛及植物表皮铺盖细胞极性发育,以及其他抗逆反应中的具体作用和机制及研究进展进行了阐述。本文还对ROP蛋白在ABA、IAA、BR等植物激素信号传导过程中的调控作用及研究进展进行了阐述。本文对植物ROP蛋白研究过程中尚未解决的问题,例如不同的ROP蛋白在同一个信号通路中的作用为何如此不同,以及ROP是如何协调不同的信号通路以共同调控一个植物发育或者生理过程等问题进行了总结,并在此基础上对未来的研究方向进行了展望。     

原核生物的蛋白质翻译后修饰

蛋白质翻译后修饰是调节蛋白质生物学功能的关键步骤之一,是蛋白质动态反应和相互作用的一个重要分子基础,同时,它也是细胞信号网络调控的重要靶点.目前,蛋白质翻译后修饰已经成为国际上蛋白质研究的一个极其重要的热点.在原核生物生命活动中,蛋白质的翻译后修饰具有十分重要的作用,如参与细胞信号传导、物质的代谢、蛋白质的降解、致病微生物的致病过程等.综述了经典原核生物蛋白质翻译后修饰的种类、机制和功能,同时介绍了最近发现的原核生物的全局性乙酰化修饰以及结核分枝杆菌中类泛素化修饰.     

泛素化特异性酶（USP2a）与肿瘤发生的相关分子机制

去泛素化酶USP2a是去泛素化酶家族(DUBs)的一个成员,为半胱氨酸蛋白酶,是一种重要的特异性去泛素化水解酶。USP2a具有结构和功能多样性,其结构多样化使得这些酶具有一些特异性作用靶点,特别是在基因表达调控中靶向的生理底物种类繁多。特异性蛋白泛素化水平的动态变化涉及到基因表达活化和失活的多种机制以及信号通路转导的多个环节。越来越多的文献报道了去泛素化酶相互作用网络的组成及其重要性。USP2a调节多种重要的细胞生长和分化调节因子及信号转导因子的稳定性和功能,通过USP2a的去泛素化作用以及诱导它们之间相互反应对机体进行相应调控,特别是在调控转录因子、细胞周期和细胞凋亡自噬上发挥重要作用。USP2a的过表达在体内外都表现出致癌性,其靶蛋白通过各种途径影响肿瘤发生发展。通过对人类肿瘤发生发展的相关分子机制及信号通路影响的深入研究,USP2a有望成为肿瘤治疗的新靶点。现就去泛素化酶与人类肿瘤发生发展的相关分子机制及该领域的研究进展作一综述。     

Alternative dimerization of receptor tyrosine kinases with signal transduction through a cellular membrane

Receptor tyrosine kinases (RTKs) occupy a separate functional niche among membrane receptors, which is determined by the special features of mechanisms of the signal transduction through a cellular membrane. RTKs are involved in the regulation of development and homeostasis of all the tissues of a human organism, playing a central role in cell proliferation, differentiation, and adhesion. A necessary condition of the biochemical signal transduction through a plasmatic membrane is a ligand-dependent or a ligand-independent dimerization (and/or an oligomerization) of RTKs which is accompanied by conformational rearrangements of all the RTK domains, including the α-helical transmembrane segments. In this review, the main aspects of structure-function relationship for RTKs from various receptor subfamilies are briefly discussed. It is shown in the light of the recently obtained biophysical and biochemical data that functioning of RTK receptors is mediated not only by protein–protein interactions, but by the state of the lipid environment as one of the main components of a self-consistent signal transduction system as well. The new principles of intercellular signal transduction through a membrane replenish the molecular mechanisms of the RTK functioning that have been earlier proposed and explain a number of paradoxes which are observed upon activation of wild-type receptors and the receptors with pathogenic transmembrane mutations. Understanding of the complex mechanisms of the signaling processes can facilitate the successful search for new opportunities of influence on the RTK biological functions with potential therapeutic consequences.