Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶在细胞增殖中的作用

钙调蛋白(calmodulin,CaM)是Ca2 的受体蛋白,活化的CaM经Ca2 /CaM依赖性蛋白激酶(Ca2 /calmodulin dependent protein kinases,CaMKs途)径,影响细胞的生长和分裂。CaMKs在调节不同组织正常细胞及恶性细胞的细胞周期进程、核转录及信号转导的过程中发挥重要作用,通过不同机制及Ca2 /CaM依赖性激酶激酶诱导的相关级联反应影响多种细胞的增殖。对CaMKs主要成员CaMKI、CaMKII、CaMKIII、CaMKIV的生物学特点以及其在细胞增殖中作用的最新研究进展进行了综述。     

多功能的钙／钙调素依赖的蛋白激酶II介导的细胞信号传导

钙调素（Calmodulin,CaM）是一个特别的对钙敏感的蛋白,在钙信号传导通路中扮演重要角色钙／钙调素依赖性蛋白激酶（Calcium／calmodulin-dependent kinases（CaMKs））与荷尔蒙、神经迷质及其他信号引起的细胞反应相关、作为重要的第二信使,钙／钙调素依赖的蛋白激酶Ⅱ（CaM—KⅡ）是一类在细咆中无所不在的表达的蛋白激酶,能维持细胞内的钙浓度在很低的水平,再增加后续的特定的钙激动刺激。钙／钙调素依赖的簧白激酶Ⅱ独特的全酶结构和自我调节的性质使其对短暂的钙信号和胞内钙的变化能做出延长反应：本文从结构、合成、细胞分布、反应底物、生理功能等方面介绍了钙／钙调素依赖的蛋白激酶Ⅱ的激活对细胞信号传导的作用。     

植物免疫应答过程中 Ca2 ＋及 CaM/CML 的功能

钙离子是一个多功能的第二信使,在植物响应各种生理刺激时,Ca2＋参与调节植物的多种生长发育和胁迫适应过程。在这些过程中,Ca2＋信号带有特异性标签,通过Ca2＋结合蛋白及其下游靶蛋白感知不同刺激并翻译成响应的细胞反应。钙调素（CaM）和钙调素类蛋白（CML）是Ca2＋主要感受器,通过调节不同靶蛋白的活性调控多种细胞功能。最近在植物对抗病原菌的防卫反应中有关Ca2＋／CaM信号转导系统的研究取得了一定进展。重点关注植物免疫应答过程中受CaM／CML调控的信号组分的研究,包括参与Ca2＋信号产生和Ca2＋依赖的表达基因组分调控。     

核钙信号与基因表达调节

钙（Ca^2 ）是细胞内重要的第二信使,近年的一些研究证实胞质Ca^2 和核Ca^2 信号通过不同的机制影响基因转录,核Ca^2 通过CaM激酶调节核蛋白磷酸化及cAMP反应元件结合蛋白（CREB）介导转录,胞质Ca^2 信号则触动血清反应元件（SRE）介导的基因转录。另外,核Ca^2 也参与多种核酶和核蛋白转运等核过程的调节。     

钙调素（CaM）在中体上的分布及参与胞质分裂的调控

钙调素(CaM)是细胞内Ca^2 的主要受体,在细胞增殖、分化、凋亡、迁移等过程中都发挥着重要的调控作用。采用GFP标记技术,我们观察了GFP—CaM在胞质分裂期HeLa细胞中的动态分布,发现在胞质分裂后期,GFP—CaM与中体紧密相连。抑制CaM的活性会阻止中体的解聚。进一步观察发现,CaM与γ-微管蛋白共分布在中体两侧,抑制CaM活性也会引起中体γ-微管蛋白解离的延迟。本实验结果说明分布在中体上的CaM很可能通过影响中体微管的稳定,参与调控胞质分裂的完成。     

三氟啦嗪（TFP）、ABA处理对小麦幼苗及悬浮培养细胞中诱导蛋白的影响

水分胁迫及ABA处理能诱导丰抗8号小麦幼苗及其悬浮培养细胞中44.2kD蛋白亚基的产生或大量合成。不同浓度的CaM抑制剂三氟啦嗪（Trifluoperazine)处理,对丰抗8号小麦幼苗在水分胁迫时产生的44.2kD蛋白亚基没有明显抑制作用,对悬浮培养细胞中由ABA＋PEG所诱导的该蛋白含量的升高影响较小,但能抑制细胞中由ABA诱导的44.2kD蛋白亚基百分含量的增加。表明由单纯激素（ABA）引起的信号传递途径可能与CaM有关,且较为简单,而水分胁迫或水分胁迫＋ABA引起的信号传递途径可能比单纯激素引起的胞人信号传递过程更复杂。     

钙和钙调素对机械刺激诱导的烟草悬浮培养细胞耐热性的调控

机械刺激（mechanical stimulation,MS）可提高烟草悬浮培养细胞的钙调素（calmodulin,CaM）活性,诱导烟草悬浮培养细胞耐热性的形成,外源Ca2＋可加强,而Ca2＋螯合剂EGTA、质膜Ca2＋通道阻塞剂La3＋和胞内Ca2＋通道阻断剂钌红（RR）,以及CaM拮抗剂氯丙嗪（CPZ）和三氟拉嗪（TFP）则削弱这种耐热性的形成。这些暗示Ca2＋和CaM参与MS诱导的烟草悬浮培养细胞耐热性形成的调控。     

Ca^2＋-Calmodulin is Involved in Betacyanin Accumulation Induced by Dark in C3 Halophyte Suaeda salsa

The C3 halophyte Suaeda salsa was used to investigate the roles of Ca^2＋, Ca^2＋ channels, and calmodulin （CAM） in betacyanin metabolism. Seeds of S. salsa were cultured in both the dark and light for 3 days. The fresh weight and betacyanin content were much higher in S. salsa seedlings formed in the dark than in seedlings formed in the light. The addition of Ca^2＋ to the half-strength MS nutrient solution promoted betacyanin accumulation in the dark, whereas Ca^2＋ depletion by EGTA suppressed the dark-induced betacyanin accumulation in shoots of S. salsa. The Ca^2＋ channel blocker LaCl3 also inhibited dark-induced betacyanin accumulation. The highest activity of CaM and the maximum betacyanin content decreased by 51% and 45%, respectively, in shoots of S. salsa seedlings treated with the potent CaM antagonist chlorpromazine in the dark. Furthermore, the other CaM antagonist N-（6-aminohexyl）-5-chloro-l-naphthalenesulfonamide （W-7） also inhibited the activity of CaM and dark-dependent betacyanin accumulation, whereas its less active structural analog N-（6-aminohexyl）- 1-naphthalenesulfonamide （W-5） had little effect on the responses to dark of S. salsa seedlings. These results suggest that Ca^2＋, Ca^2＋-regulated ion channels, and CaM play an important role in dark-induced betacyanin accumulation in the shoots of the C3 halophyte S. salsa.     

CFP荧光蛋白文库构建及FRET技术筛选钙调素结合蛋白

钙调素（Calmodulin,CaM）是细胞内Ca^2＋信号的主要受体,能够与靶蛋白相互结合调节靶蛋白的活性,在细胞增殖、分化、凋亡、迁移等过程中都起着重要作用。荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer,FRET）技术是目前研究蛋白质相互作用比较成熟的方法之一。作者通过Cre-loxP位点特异性重组技术构建了带有CFP荧光蛋白标记的文库,与YFP—CaM共同转染HEK293细胞,应用荧光共振能量转移技术（FRET）进行检测,挑取发生FRET作用的单个细胞,并进行单细胞PcR检测。由此扩增出的片段通过测序和蛋白序列数据库NCBI进行序列比对后,筛选出与CaM产生相互作用的蛋白。目前,已经通过这种方法成功地筛选到了一些与CaM相结合的蛋白,从而为进一步研究CaM蛋白在生理环境下的作用提供有利条件。     

非生物逆境胁迫下植物钙信号转导的分子机制

Ca^2＋作为植物细胞中最重要的第二信使,参与植物对许多逆境信号的转导。在非生物逆境条件下,植物细胞质内的钙离子在时间、空间及浓度上会出现特异性变化,即诱发产生钙信号。钙信号再通过其下游的钙结合蛋白进行感受和转导,进而在细胞内引起一系列的生物化学反应以适应或抵制各种逆境胁迫。目前在植物细胞中发现Ca^2＋／CDPK、Ca^2＋／CaM和Ca^2＋／CBL3类钙信号系统,研究表明它们与非生物逆境胁迫信号转导密切相关。本文通过从植物在非生物逆境条件下钙信号的感受、转导到产生适应性和抗性等方面,介绍钙信号转导分子机制的一些研究进展。     

腺苷减少豚鼠心室肌细胞内游离钙浓度

目的：研究腺苷对豚鼠心室肌细胞内游离钙浓度（[Ca^2＋]i）的影响并探讨其可能机制。方法：用激光共聚焦显微镜探测细胞内游离钙浓度,结果用相对荧光强度（（FI-FI0）／FI0,％;FI0：对照;FI：给药）表示。结果：①在正常台氏液和无钙台氏液中,腺苷（10,50,100μmol／L）浓度依赖性地降低[Ca^2＋];。②含30mmol／L KCl的台氏液（高钾台氏液）能够增加[Ca^2＋]i。腺苷（10,50,100μmol／L）能够显著抑制KCl引起的[Ca^2＋]i的增加。③预先应用选择性腺苷AI受体拮抗剂DPCPX（1μmol／L）,可大部分取消腺苷（100μmol／L）在高钾台氏液中的作用。腺苷（100μmol／L）在高钾台氏液的作用也可被预先应用一氧化氮（No）合酶抑制剂L-NAME（1mmol／L）所部分减弱。④腺苷（100μmol／L）能明显抑制无钙台氏液中由低浓度ryanodine引起的[Ca^2＋];增加。⑤当细胞外液钙浓度由1mmol／L增加到10mmol／L而诱发心室肌细胞钙超载时,部分心室肌细胞产生可传播的钙波,腺苷（100μmol／L）可降低钙波发生的频率和持续时间,最终阻断钙波并降低[Ca^2＋];。结论：腺苷可通过抑制外钙内流和减少肌浆网内钙释放从而降低[Ca^2＋],其减少外钙内流可能是由于腺苷A1受体介导的电压依赖性Ca^2＋通道的抑制,NO可能参与这一过程。     

小脑症蛋白ASPM和钙调蛋白的复合物的纯化和表征

常染色体隐性小脑症(Autosomal recessive primary microcephaly, MCPH)是一种与大脑缩小和智力缺陷有关的神经发育障碍。 ASPM(abnormal spindle-like microcephaly-associated)是最常见的MCPH的致病基因,但其潜在机制尚不清楚。我们发现钙调蛋白(calmodulin, CaM)通过与ASPM的IQ区域相互作用而对ASPM的功能有重要的调控作用。我们纯化了ASPM IQ区域和CaM的复合物,并通过分子排阻色谱结合多角度静态光散射（SEC-MALS）和圆二光谱（CD）实验发现了ASPM和apo_CaM的结合比例为1：8。有趣的是,在Ca2+存在时,ASPM的IQ区域与Ca2+_CaM的结合比例变为了1：7。此外,通过比较不同条件下（Ca2+存在与否）的CD光谱,ASPM-CaM复合物显示出Ca2+依赖性的热稳定性变化。综上所述,我们的研究揭示了Ca2+诱导的ASPM-CaM相互作用的调节机制。     

钙离子信号对非细胞体系中小鼠卵母细胞游离生发泡减数分裂启动的影响

本文构建了包括HeLa裂解液和游离小鼠卵母细胞生发泡的实验体系,用于研究Ca^2 及其下游信号对小鼠卵母细胞减数分裂启动的影响。游离的卵母细胞生发泡可以在M期细胞裂解液中发生减数分裂启动,表现为染色质的凝集。进一步的研究表明,Ca^2 信号的存在对G2期细胞裂解液促进减数分裂启动是至关重要的,G2期中期的细胞裂解液只有经Ca^2 诱导后才具有启动生发泡减数分裂的作用,而G2期晚期无论Ca^2 存在与否均诱发减数分裂的启动,但是G2期早期的裂解液无启动减数分裂的作用。卵母细胞的体外培养实验分析也表明,抑制CaM和CaMKⅡ的活性可以阻止GVBD和报制第一极体的释放。免疫沉淀及Western Blotting结果显示,HeLa细胞裂解液中的MPF从G2期中期到M期均存在,且Cdc2亚基的Tyr由磷酸化向去磷酸化转变。结果进一步证明,卵母细胞减数的分裂的启动可能是通过一种Ca^2 ／CaM依赖的途径来推动的。     

植物钙结合蛋白

本文介绍了植物钙调素蛋白（CaM）、类钙调神经素B亚基蛋白（CBL）、Ca2＋依赖蛋白激酶（CDPK）和其他钙结合蛋白的研究进展。     

内皮型一氧化氮合酶的激活机制

内皮型一氧化氮合酶（eNOS)通常归为Ca^2 /钙调素（CaM)依赖性酶,它的活性受细胞内[Ca^2 ]及Ca^2 /CaM-eNOS复合物影响,但目前有证据表明切应力,雌激素,胰岛素可通过非Ca^2 依赖方式激活eNOS。除此之外,神经鞘脂（SIP）信号通路以及eNOS与囊泡蛋白-1（caveolin-1)。热休克蛋白90（HSP90）之间的相互作用也可影响eNOS活性,以上提示eNOS激活途径是复杂的。     

血管平滑肌收缩的Ca^2＋信号调节机制

血管平滑肌细胞内Ca^2＋的浓度（[Ca^2＋]i）的变化及胞内收缩蛋白对Ca^2＋的敏感性是影响血管紧张的主要因素。研究表明细胞内Ca^2＋浓度的变化在血管平滑肌细胞的激活中发挥重要作用。在静息状态,细胞内的Ca^2＋浓度主要受膜电位的调节,同时,[Ca^2＋]i也可反馈调节膜电位。在平滑肌细胞内存在多种[Ca^2＋]i调节机制。本文概述了这些机制在调节血管平滑肌紧张中的作用,主要包括：[Ca^2＋]i在血管平滑肌收缩中的作用;环二磷酸腺苷（cADPR）在调节Ca^2＋释放中的作用;cADPR介导的肉桂碱受体的激活在调节平滑肌紧张度中的作用;血管平滑肌细胞的Ca^2＋闪烁和细胞膜Ca^2＋敏感性钾通道的激活;[Ca^2＋]i与膜电位之间的相互作用等。     

Cross-talk between calcium-calmodulin and nitric oxide in abscisic acid signaling in leaves of maize plants

Using pharmacological and biochemical approaches, the signaling pathways between hydrogen peroxide （H2O2）, calcium （Ca^2＋）-calmodulin （CAM）, and nitric oxide （NO） in abscisic acid （ABA）-induced antioxidant defense were investigated in leaves of maize （Zea mays L.） plants. Treatments with ABA, H2O2, and CaCl2 induced increases in the generation of NO in maize mesophyll cells and the activity of nitric oxide synthase （NOS） in the cytosolic and microsomal fractions of maize leaves. However, such increases were blocked by the pretreatments with Ca^2＋ inhibitors and CaM antagonists. Meanwhile, pretreatments with two NOS inhibitors also suppressed the Ca^2＋-induced increase in the production of NO. On the other hand, treatments with ABA and the NO donor sodium nitroprusside （SNP） also led to increases in the concentration of cytosolic Ca^2＋ in protoplasts of mesophyll cells and in the expression of calmodulin 1 （CaM1） gene and the contents of CaM in leaves of maize plants, and the increases induced by ABA were reduced by the pretreatments with a NO scavenger and a NOS inhibitor. Moreover, SNP-induced increases in the expression of the antioxidant genes superoxide dismutase 4 （SOD4）, cytosolic ascorbate peroxidase （cAPX）, and glutathione reductase 1 （GR1） and the activities of the chloroplastic and cytosolic antioxidant enzymes were arrested by the pretreatments with Ca^2＋ inhibitors and CaM antagonists. Our results suggest that Ca^2＋-CaM functions both upstream and downstream of NO production, which is mainly from NOS, in ABA- and H2O2-induced antioxidant defense in leaves of maize plants.     

豌豆质膜内源CDPK对植物转脂蛋白CaMBP-10的磷酸化及CaMBP-10对激酶自磷酸化的影响

植物转脂蛋白（LTPs）是多基因编码的蛋白家族,广泛分布于高等植物.虽然LTPs的确切功能至今仍不完全清楚,但它参与植物生物、非生物胁迫反应以及它的抗性功能已成为近年来的研究热点.关于LTPs功能的调节机制目前几乎一无所知.最近,从白菜中分离的钙调素结合蛋白-10（CaMBP-10）被鉴定为植物转脂蛋白家族成员,并且,体外实验证明钙调素（CaM）调节其脂质结合活性.为了深入了解转脂蛋白功能的调节机制,本文研究了CaMBP-10的磷酸化作用,发现CaMBP-10可被豌豆质膜内源性蛋白激酶磷酸化,钙离子（Ca2＋）能刺激磷酸化,钙螯合剂EGTA以及CaM拮抗剂W-7和TFP均能显著抑制磷酸化.免疫印迹分析最终确定该激酶为CDPK家族成员.构建突变体进一步研究了CaMBP-10的磷酸化位点,发现其位于蛋白的C-末端区域,并与已确定的CaM结合位点重合.同时,分析结果表明CaM能抑制CaMBP-10的磷酸化.反之,CaMBP-10的磷酸化又能阻断其与CaM的结合,显示出两种调节方式相互竞争的特点.为深入研究磷酸化作用对CaMBP-10脂质结合活性的影响,构建突变体（Ser83Asp,Ser85Asp）以模拟磷酸化状态.实验结果显示,磷酸化作用能显著增强CaMBP-10的脂质结合活性,而且突变体的脂质结合活性不受CaM的影响.采用胶内磷酸化测定法（in-gelkinaseassay）研究了激酶的自磷酸化特点以及CaMBP-10对激酶自磷酸化的影响,发现CaMBP-10能激活激酶的自磷酸化,激酶的自磷酸化又能促进其对底物的磷酸化作用.这样,激酶的自磷酸化与底物的磷酸化形成一种＂正反馈环＂的调节模式.综合研究结果,本文首次证明了LTP受CaM结合和CDPK磷酸化的双重调节.而且,CaM结合位点与磷酸化位点的重合预示可能存在特殊的调节机制,以协同应答胞内的Ca2＋信号.     

Ca2+对骨骼肌钙释放通道的调节

钙释放通道（calcium release channel）又称Ryanodine受体（RyR）,是细胞内质网膜上介导细胞内钙信号转导的离子通道。RyR1在骨骼肌细胞的兴奋-收缩偶联过程中起重要作用,是肌质网快速释放Ca^2＋的通道。许多调节因素,如一些内源性蛋白（FK结合蛋白、钙调素、钙结合蛋白）和一些离子（Ca^2＋、Mg^2＋）,通过不同的作用位点与RyR1结合,调控RyR1的结构与功能。研究表明,Ca^2＋是众多调节RyR1因素中的核心成分和前提条件,其对RyR1的结构与功能有重要的调控作用。     

兴奋-收缩偶联中DHPR与RyR的相互作用

兴奋-收缩偶联（E—C coupling）依赖纽胞膜二氢吡啶受体（DHPR）／L型电压门控Ca^2＋通道和肌浆网兰诺定受体（RyR）／Ca^2＋释放通道的相互作用。在骨骼肌细胞中,DHPR与RyRl在结构上二机械偶联,不依赖细胞外Ca^2＋即可激活RyRl;在心肌细胞中,去极化激活DHPR,细胞外Ca^2＋内流,内流的Ca^2＋通过钙诱导钙释放（CICR）机制激活RyR2。最近的研究表明,DHPR与RyR之间的信号转导通常是双向的。DHPR与RyR机械和化学的双向偶联机制调节这两种Ca^2＋通道的效率、精确度和活性。