凝溶胶蛋白基因的生物学功能及其应用研究进展

凝溶胶蛋白(gelsolin,GSN)是Gelsolin/Villin超家族的核心成员,是一种多功能的钙依赖性肌动蛋白结合蛋白,在细胞中Ca^2+和PIP2等多因素的调控下,对细胞凋亡、吞噬功能、肌动蛋白微丝切割、细胞信号转导等方面起着重要的作用。近年来,凝溶胶蛋白还被频繁用于相关疾病的预防、诊断与治疗,但其在调控细胞凋亡、炎症等病理生理中的作用机制还存在些许争议。本研究综述了凝溶胶蛋白的结构特点、生物学功能以及对疾病的诊断和治疗,旨在了解凝溶胶蛋白在生物医学及动物科学等领域的应用以及未来凝溶胶蛋白的发展前景。     

凝溶胶蛋白与创伤后炎症反应

凝溶胶蛋白(gelsolin,GSN)是机体内重要的肌动蛋白结合蛋白,对肌动蛋白的聚合/解聚具有重要调节作用。其生理效应不仅在于维持细胞结构稳定,而且参与多种细胞活动的调节过程,是一种重要的细胞功能调节蛋白。血浆型GSN是血浆肌动蛋白清除系统主要成员之一,对维持内环境稳定非常重要。严重创伤后血浆中GSN水平显著而持续降低,且与患者预后密切相关。本文综述GSN与创伤后炎症反应的关系。     

凝溶胶蛋白与相关疾病的关系

凝溶胶蛋白（gelsolin,GSN）是一种在机体内普遍存在的,对细胞结构和代谢功能具有多种调节作用的蛋白。GSN作为凝溶胶蛋白超家族的成员之一,是一种重要的肌动蛋白（actin）结合蛋白,可通过切断、封闭肌动蛋白丝,或使actin聚集成核等方式来调控actin的结构与代谢功能.GSN不仅能在重组的肌动蛋白细丝（F-actin）中发挥作用,而且在细胞运动、细胞凋亡等细胞活动中也发挥着重要的作用。GSN有血浆型（plasma gelsolin,pGSN）和细胞质型（cytoplasmic gelsolin,cGSN）两种亚型,它们在淀粉样变性、炎症、癌症、心血管疾病、阿茨海默病（AD）及肾脏疾病中都起着重要的作用,GSN可能成为多种疾病的一个新的生物标记物或者治疗靶点。本文将就GSN与相关疾病的关系的研究进展做一综述。     

凝溶胶蛋白对植物微丝的调节作用及在花粉中的定位

以植物花粉为实验材料, 研究了来源于动物的凝溶胶蛋白对植物肌动蛋白丝的作用及凝溶胶蛋白在植物细胞中的定位. 利用离心沉淀丝状肌动蛋白及电子显微镜负染的实验结果显示, 花粉纯化肌动蛋白丝及粗提液中肌动蛋白丝可被凝溶胶蛋白剪切, 而且这种剪切作用依赖于Ca²⁺. 另外, 利用免疫沉淀测定凝溶胶蛋白与花粉肌动蛋白单体结合的实验表明, 当溶液中有Ca²⁺. 存在时, 花粉肌动蛋白与凝溶胶蛋白的摩尔比值约为2.0 ± 0.21; 用EGTA去除Ca²⁺. 后, 该比值有所降低, 减至1.2 ± 0.23; 而加入PIP2后, 这种结合比值又降至0.8 ± 0.10, 表明植物肌动蛋白与凝溶胶蛋白的结合有类似于动物肌动蛋白的特性, 受到Ca²⁺. 和PIP2的调节. 花粉中凝溶胶蛋白的免疫鉴定及免疫荧光定位实验结果表明, 花粉中存在凝溶胶蛋白, 在未萌发的花粉粒中凝溶胶蛋白主要集中在萌发沟处, 而在萌发2 h的花粉管中, 花粉管胞质内均可看到荧光分布, 但花粉管顶端荧光较强, 推测凝溶胶蛋白可能参与花粉的萌发和花粉管的生长.     

凝溶胶蛋白治疗阿尔茨海默症的研究进展

阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)的病理学特征之一是患者脑内存在以β-淀粉样肽(Aβ)为主要成分的老年斑。大量的实验证据表明,以Aβ为靶目标,清除老年斑有助于提高患者的认知能力,是防治AD的一个重要研究方向。凝溶胶蛋白在细胞骨架结构重排和细胞运动等过程中都发挥重要作用。目前多个小组的研究成果显示,凝溶胶蛋白与AD的发生、发展密切相关。凝溶胶蛋白能够抑制Aβ积聚形成纤维,也能够引发已形成的Aβ纤维发生解聚。更重要的是,凝溶胶蛋白能够清除转基因AD模型小鼠脑内的老年斑和降低Aβ的水平。未来凝溶胶蛋白有可能被应用于AD的预防和治疗。     

受翻译调节的肿瘤蛋白的结构与功能

受翻译调节的肿瘤蛋白（translationally controlled tumor protein, TCTP）是一种普遍存在并且大量表达的蛋白,在进化上高度保守,与其它任何蛋白家族均未显示出明显的序列同源性.该家族的蛋白基本上都具有TCTP1和TCTP2两个特征结构区.TCTP与Mss4/Dss4(mammalian suppressor of Sec4)蛋白家族结构相似,二者构成结构超家族.TCTP的合成受到钙、真核翻译起始因子eIF4E(eukaryotic translation initiation factor 4E)和双链RNA依赖的蛋白激酶(dsRNA dependent protein kinase,PKR)的调节.具有与钙结合,与微管蛋白结合,抗细胞凋亡,抑制翻译,促进组胺释放等生物学活性.另外,它还可作为肿瘤逆转的靶标.系统发育分析提示,在真核细胞进化中, TCTP的直向同源基因起源于1.0×109年前.本文对TCTP的分子特点, 生物学功能及其研究现状进行了综述.     

凝溶胶蛋白及其生物医学作用

gelsolin(凝溶胶蛋白)有胞浆和血清二型,分别存在于哺乳动物各类细胞和血清中。该蛋白的基本生物功能是以钙依赖的方式通过切断、封端肌动蛋白丝,或使肌动蛋白聚集成核等方式控制肌动蛋白的结构。大量动物实验和临床研究均表明,gelsolin的结构、功能及调节与烧伤和急性挫伤的诊断与治疗,以及某些炎症、肿瘤和淀粉样变等多种疾病的病理过程密切相关。作为一种急症治疗药,该蛋白的工程化产品已在美国进行Ⅱ期临床实验。最近发现正常细胞经电离辐射后,gelsolin的表达水平发生显著改变,其在辐射效应中的作用和意义值得关注。     

SmpB蛋白结构与功能研究进展

SmpB是一类普遍存在于细菌中的小RNA结合蛋白。研究表明SmpB除了在反式翻译中起着辅助tmRNA分子拯救滞留核糖体的作用,其也可以作为RNA分子伴侣调节体内RpoS的表达,以及具有直接调控RNase R及双组份系统的功能。SmpB参与的调控作用对于细菌蛋白质合成质量控制、致病菌中毒力系统调控、维持机体正常生长及发育等过程具有关键作用。本综述主要从SmpB蛋白结构及其对RNA、蛋白质调控功能等方面进行论述,以期对发掘细菌性疾病治疗靶点,研发新型抗生素,提供新的方向和思路。     

肝素结构与功能的研究进展

肝素是一类结构异常复杂的糖胺聚糖,与此相对应的是其多种生物学功能。除了经典的抗凝血及其相关的抗血栓生成以外,肝素还具有抗平滑肌细胞增殖,抗炎症,抗肿瘤及抗病毒等,并且这些生物活性同抗凝活性无关,而同肝素的特异结构密切相关。     

富组氨酸糖蛋白(HRG)的结构与功能

富组氨酸糖蛋白(HRG)为一种多结构域血浆糖蛋白,可与多种配体结合而行使多种功能.HRG配体包括锌离子、肝素和硫酸肝素、纤溶酶原、纤溶酶、纤维蛋白原、凝血酶敏感素、原肌球蛋白、IgG、FcγR及补体.在锌离子存在或在低pH的环境中(如组织损伤或肿瘤生长),HRG的富含组氨酸结构域与配体的结合能力加强.HRG的多结构域特点及其与多种配体结合的性质表明,其可以作为细胞外衔接蛋白衔接细胞表面的不同配体.除了细胞表面分子,HRG还可以结合IgG,从而阻止可溶性免疫复合物的产生.HRG与大多数细胞发生结合的功能是在锌离子存在或低pH环境下,通过与细胞表面硫酸肝素蛋白聚糖相互作用实现的.HRG还具有加强凋亡细胞、坏死的吞噬细胞和免疫复合物的清除、抗血管新生、细胞的粘附和迁移、纤维蛋白溶解作用、血凝固、补体激活等生理活动调节等功能.本文针对HRG的分子结构与功能及其在临床上的研究进展进行概述.     

植物FKBP基因家族的结构及生物学功能

FK506结合蛋白(FK506 binding protein, FKBP)是一种在生物体中广泛存在、进化上高度保守的组成型蛋白质。除了作为免疫抑制剂FK506受体以外, FKBP还具有肽脯氨酰顺反异构酶(PPIase)的活性。FKBP在植物中是个大家族, 可作为分子伴侣与一些蛋白相互作用从而调控不同的生化过程。研究表明, 该家族基因在植物的响应胁迫和不同生长发育过程中都扮演着重要角色。最近许多新的FKBP互作蛋白的发现和鉴定表明, FKBP在调控基因表达和光合适应性方面具有广泛的生物学功能。文章对植物FKBP家族的结构特点、分类以及最新的功能研究进展进行了详细的综述。     

自然杀伤细胞增强因子研究进展

自然杀伤细胞增强因子(natural killer enhancing factor,NKEF)是在进化上高度保守的一类蛋白质,与其它调节NK细胞的免疫分子均未显示出明显的序列相似性。该蛋白质家族具有两个特征结构域,分别位于氨基酸序列的N端和C端,两个结构域中均包含有氧化还原活性的Cys。NKEF是一种多功能蛋白质,参与机体抗氧化调节,具有抗感染、抗HIV-1病毒活性,参与细胞增殖、分化及凋亡,在红细胞免疫中发挥重要作用。本文对NKEF的分子特点、生物学活性及其研究现状进行了综述。     

人源溶菌酶结构与功能的研究进展

人溶菌酶是一类人体内天然存在的能够溶解细菌细胞壁的碱性蛋白的总称。其作用特征是能够裂解肽聚糖中的N-乙酰氨基葡萄糖与N-乙酰氨基甲酸之间的β-(1,4)-糖苷键。人溶菌酶具有抗菌、抗炎、抗病毒和增强免疫力等多种特性,因此在国内外市场上应用广泛。本文就人溶菌酶的结构特点、表达部位、功能表达以及应用情况进行综述。     

The Villin/Gelsolin/Fragmin Superfamily Proteins in Plants

The villin/gelsolin/fragmin superfamily is a conserved Ca^2＋-dependent family of actin-regulating proteins that is widely present both in mammalian and non-mammalian organisms. They have traditionally been characterized by the same core of three or six tandem gelsolin subdomains. The study in vertebrates and lower eukaryotic cells has revealed that the villin/gelsolin/fragmin superfamily of proteins has versatile functions including severing, capping, nucleating or bundling actin filaments. In plants, encouraging progress has been made in this field of research in recent years. This review will summarize the identified plant homologs of villin/gelsolin/fragmin superfamily, thus providing a basis for reflection on their biochemical activities and functions in plants.     

Gelsolin expression in sheep milk somatic cells during lactation

The identification of genes involved in phenotypes related to milk quality is important for both economic and health aspects in livestock production. The aim of this study was to assess the level of gelsolin gene expression in two breeds of dairy sheep – Sarda and Gentile – with pronounced differences in quantitative and qualitative milk traits. Gelsolin, a type of actin-modulating proteins is involved in the processes of actin remodeling during cell growth and apoptosis; therefore a role of this protein in mammary changes during lactation was here hypothesized. Individual milk samples were collected three times during lactation from 26 ewes of the two breeds. The differential gene expression of gelsolin in the two breeds and the three lactation times was estimated by quantitative PCR on RNA extracted from milk somatic cells. Correlations of gelsolin gene expression with milk yield and quality and days of lactation were also estimated. The results showed that gelsolin gene expression was significantly higher in the Sarda compared to the Gentile at each lactation stage, in agreement with the longer lactation duration and the higher daily milk yield of the first breed. Significant correlations of gelsolin gene expression were found with milk fat content in Sarda breed (−0.46, P<0.05). Gelsolin expression analysis confirmed the link between gelsolin gene function and milk fat content of sheep.     

Gelsolin deficiency blocks podosome assembly and produces increased bone mass and strength

Osteoclasts are unique cells that utilize podosomes instead of focal adhesions for matrix attachment and cytoskeletal remodeling during motility. We have shown that osteopontin (OP) binding to the alpha(v)beta(3) integrin of osteoclast podosomes stimulated cytoskeletal reorganization and bone resorption by activating a heteromultimeric signaling complex that includes gelsolin, pp(60c-src), and phosphatidylinositol 3'-kinase. Here we demonstrate that gelsolin deficiency blocks podosome assembly and alpha(v)beta(3)-stimulated signaling related to motility in gelsolin-null mice. Gelsolin-deficient osteoclasts were hypomotile due to retarded remodeling of the actin cytoskeleton. They failed to respond to the autocrine factor, OP, with stimulation of motility and bone resorption. Gelsolin deficiency was associated with normal skeletal development and endochondral bone growth. However, gelsolin-null mice had mildly abnormal epiphyseal structure, retained cartilage proteoglycans in metaphyseal trabeculae, and increased trabecular thickness. With age, the gelsolin-deficient mice expressed increased trabecular and cortical bone thickness producing mechanically stronger bones. These observations demonstrate the critical role of gelsolin in podosome assembly, rapid cell movements, and signal transduction through the alpha(v)beta(3) integrin.     

Gelsolin domains 4-6 in active,actin-free conformation identifies sites of regulatory calcium ions

Structural analysis of gelsolin domains 4-6 demonstrates that the two highest-affinity calcium ions that activate the molecule are in domains 5 and 6, one in each. An additional calcium site in domain 4 depends on subsequent actin binding and is seen only in the complex. The uncomplexed structure is primed to bind actin. Since the disposition of the three domains is similar in different crystal environments, either free or in complex with actin, the conformation in calcium is intrinsic to active gelsolin itself. Thus the actin-free structure shows that the structure with an actin monomer is a good model for an actin filament cap. The last 13 residues of domain 6 have been proposed to be a calcium-activated latch that, in the inhibited form only, links two halves of gelsolin. Comparison with the active structure shows that loosening of the latch contributes but is not central to activation. Calcium binding in domain 6 invokes a cascade of swapped ion-pairs. A basic residue swaps acidic binding partners to stabilise a straightened form of a helix that is kinked in inhibited gelsolin. The other end of the helix is connected by a loop to an edge beta-strand. In active gelsolin, an acidic residue in this helix breaks with its loop partner to form a new intrahelical ion-pairing, resulting in the breakage of the continuous sheet between domains 4 and 6, which is central to the inhibited conformation. A structural alignment of domain sequences provides a rationale to understand why the two calcium sites found here have the highest affinity amongst the five different candidate sites found in other gelsolin structures.