Wnt信號通路中ARMC6的功能研究.pdf

1、前言：
　　 Wnt信號傳導通路(Wntsignalingpathway)在進化過程中保持穩(wěn)定,廣泛存在于生物的信號傳遞系統(tǒng)中,已經(jīng)證實的生物有線蟲,斑馬魚,果蠅,非洲爪蟾,老鼠等等,在人類的信息傳遞系統(tǒng)中更是發(fā)揮著重要作用,已證實在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛分布。Wnt信號通路的假說根據(jù)其受體及產(chǎn)生效應的不同主要分為三種,其中研究比較深入的是經(jīng)典Wnt通路,又稱Wnt/β-連環(huán)蛋白(β-catenin,β-cat)通路。研究表明,經(jīng)典

2、Wnt/β-cat通路激活后通過破壞β-cat降解復合物的形成使β-cat的保持穩(wěn)定并積累于細胞質內,繼而進入細胞核激活靶基因表達。經(jīng)典Wnt/β-cat通路在生物早期發(fā)育和器官演化過程中有著舉足輕重的調節(jié)作用,主要作用有調節(jié)細胞的增殖,生長和遷移。通常情況下,隨著生物體的發(fā)育成熟,大部分器官內的Wnt信號通路功能逐漸減退,β-cat的濃度維持在較低水平。但是有研究表明,β-cat和Wnt信號傳導通路的重要因子在腦組織中仍然大量存在。研

3、究發(fā)現(xiàn),在成熟的機體中,Wnt信號通路的作用則是維持細胞生長狀態(tài)的穩(wěn)定。過度的刺激或者抑制該通路的正常生理功能均能產(chǎn)生相應的疾病,如腫瘤發(fā)生和發(fā)展,阿爾茲海默疾病。近年的研究發(fā)現(xiàn),它還與化學物質中毒也有一定的相關性,如重金屬中毒等等。
　　 糖原合成激酶3β(glycogensynthasekinase3p,GSK3β)最初發(fā)現(xiàn)于能量代謝過程中,主要的生化作用是對相應蛋白質的磷酸化作用。研究發(fā)現(xiàn)在Wnt信號傳導通路中,GSK3β

4、也發(fā)揮著舉足輕重的作用。經(jīng)典Wnt信號傳導通路中,GSK3β在Wnt蛋白的調控下與細胞內膜的低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6(low-densitylipoproteinreceptor-relatedprotein5/6,LRP5/6)-軸蛋白(Axin)相結合,從而使β-cat逃離被磷酸化繼而降解的命運。細胞質內穩(wěn)定的β-cat通過細胞核孔進入細胞核,與T細胞轉錄因子/淋巴細胞增強因子(T-celltranscriptionfacto

5、r/lymphoidenhancerfactor,TCF/LCF)相結合,啟動下游基因的表達,產(chǎn)生相應生物學效應。因此,在經(jīng)典Wnt信號傳導通路中是一個重要的切入點。
　　 總的來說,在Wnt細胞傳導通路中β-cat是連接細胞外刺激和細胞內變化的重要信號因子,而β-cat發(fā)揮其信號傳導功能主要取決于它在細胞質內的量和存在的位置。分子生物對β-cat的結構及功能域研究表明,其核心功能區(qū)域的蛋白三維結構有12個β-折疊,其中的絲氨酸

6、/蘇氨酸位點為GSK3β的磷酸化位點。
　　 ARMC6(Armadillorepeatcontaining6)是細胞中能與GSK3p結合的蛋白之一,由轉染Flag-GSK3β載體的HEK293細胞勻漿液經(jīng)過α-Flag抗體免疫共沉淀,并使用液相色譜串聯(lián)質譜儀(liquidchromatography-tandemmassspectrometry,LC-MS/MS)對免疫共沉淀所獲得的蛋白樣品進行檢測而被發(fā)現(xiàn),已證實在人類基因組

7、中存在?？茖W家測定ARMC6純化蛋白的晶體結構發(fā)現(xiàn)它具有6個β-折疊,與β-cat的12個β-折疊相似,因而推測ARMC6可能在Writ信號通路中也有發(fā)揮一定的功能,但是目前還沒有相關的研究報道。因此對于ARMC6的基本功能亟待研究。
　　 對象和方法：
　　 由于本實驗主要是針對ARMC6基本功能的研究,本實驗擬采用體外實驗的方式,在細胞水平上研究ARMC6在Wnt信號通路中的作用基礎。采用的細胞主要是既能貼壁也能懸浮

8、生長的HEK293T細胞系。
　　 首先,從NCBI數(shù)據(jù)庫獲得不同種屬的ARMC6的基因和氨基酸序列,比較不同種屬間ARMC6氨基酸序列的同源性。另外,以相應的基因序列為模板,設計相應的PCR擴增引物序列,以人類cDNA文庫,果蠅全基因DNA等為模板,使用PCR技術獲得目標序列,并插入適合的載體中擴增和保存。成功合成的載體經(jīng)基因測序證明準確后,將載體濃度調整至1μg/μl,4℃保存,用于對目的基因的表達和功能研究。
　　

9、 其次,利用構建成功的hARMC6和hGSK3β載體,在HEK293T細胞內表達,利用免疫共沉淀和Westernblotting技術研究hARMC6和hGSK3β以及Wnt信號傳導通路中的相關作用。并且利用純化的hARMC6和hGSK3B蛋白,根據(jù)體外激酶試驗后放射性標記的ATP的存在與否,來判斷對hARMC6的磷酸化能力。進一步驗證hARMC6和hGSK3β之間的相互關系。
　　 再次,構建一系列不同種類的hARMC6變異型研

10、究hARMC6蛋白核心區(qū)域6個Arm重復序列的具體功能,研究在HEK293T細胞中異位表達的變異型的hARMC6與hGSK3β的相互關系,進一步研究hARMC6與hGSK3β相互作用的具體部位。
　　 最后,按照與hGSK3β相同的實驗條件研究hARMC6和Wnt信號通路其他因子之間的相關關系,進一步確認hARMC6在Wnt信號通路中的作用。根據(jù)體外細胞實驗中hARMC6與Wnt信號傳導通路中重要因子之間的關系,初步判斷ARMC

11、6在Wnt信號傳導通路中的作用,并為以后的整體動物實驗提供理論依據(jù)。
　　 結果：
　　 首先,不同種屬間ARMC6氨基酸序列的同源性比較發(fā)現(xiàn),其蛋白核心區(qū)域(即6個Arm重復序列)的同源性水平較高。與人類ARMC6氨基酸序列核心區(qū)域相比,老鼠,非洲爪蟾和果蠅的同源性分別為95.7%,87.1%和66.0%。
　　 其次,在HEK293T細胞中異位表達的hARMC6和hGSK3β表現(xiàn)出一定程度的相關性。在體外激酶

12、試驗中,純化蛋白hGSK3β可以磷酸化hARMC6。
　　 再次,所構建的變異型hARMC6與hGSK3β的關系研究發(fā)現(xiàn),hAR_D_1A,hAR_D_1B和bAR_D_2A與hGSK3p不相連,而hAR_D_2B和bAR_D_3與hGSK3β有相關性。
　　 最后,在同樣的實驗條件下,ARMC6與Wnt信號傳導通路的其他因子表現(xiàn)出程度不同的相關性(與APC相關,但不能與Axin和β-cat免疫共沉淀),與β-cat的反

13、應關系略有不同。
　　 結論：
　　 首先,同源性檢測說明ARMC6的核心區(qū)域在進化過程中保持穩(wěn)定,推測在細胞生理功能中有重要的作用。其次,異位表達的hARMC6和hGSK3β有相關性,體外激酶試驗hGSK3β可以磷酸化hARMC6則進一步說明hARMC6和hGSK3β存在相互作用,ARMC6可能通過這個途徑參與Wnt信號傳導通路。再次,變異型hARMC6與hGSK3β的反應關系說明,hARMC6的6個Arm重復序列參與