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转化生长因子-β(transforminggrowthfactor-β,TGF-β)信号通路在细胞生长、分化、迁移和凋亡过程中具有很重要的作用。在此信号通路中,TGF-β先通过其受体磷酸化调节型Smad(receptorregulatedSmad,R-Smad),然后磷酸化的R-Smad与通用调节Smad(common-mediatorSmad,co-Smad)形成复合物,复合物入核直接参与目的基因的调节,从而调控细胞的生长和分化。然而,在TGF-β信号途径中介导细胞生长抑制的Smad调节因子的研究甚少。
Smad4在TGF-β信号转导途径中处于中枢地位。Smad4对恶性肿瘤的发生、发展及转移有重要作用。Smad4(260-514aa)能诱导大规模染色质结构伸展。这一区域可能通过与其它蛋白质的相互作用来发挥Smad4的转录调节功能。本研究以Smad4(260-514aa)为诱饵,用酵母双杂交技术从人乳腺cDNA文库中筛选与Smad4(260-514aa)相互作用的蛋白,分离到了与Smad4相互作用的未知蛋白质-HP,并探讨了HP基因及其表达蛋白的性质、HP的生物学功能、HP参与调节TGF-β信号通路的可能作用模式。
HP基因及其表达蛋白的性质的初探。将分离得到的新基因进行克隆,成功得到了真核表达重组质粒pcDNA3-FLAG-HP。生物信息学分析发现HP含有21个补体调控蛋白(complementcontrolprotein,CCP)和两个半CCP序列元件。WesternBlot分析显示HP在细胞裂解物及细胞培养上清液中都有表达。免疫荧光染色技术,通过对HP载体在转染MCF-7细胞后不同时间点表达过程的观察,验证了HP是分泌蛋白。通过Edman降解,最终分析得到HPN端前16个氨基酸的信号肽序列。
体内外试验验证了HP与Smad4存在相互作用。应用免疫共沉淀试验检测,结果显示HP与Smad4在哺乳动物细胞内存在结合。通过GST沉淀检测,结果显示HP与Smad4在体外存在相互作用。上述结果验证了HP与Smad4在体内外存在相互作用。
检测了HP的转录调节活性。HP以及HP的缺失突变体能以不依赖TGF-β的方式,不同程度地抑制3TP荧光素酶报告基因的转录。293T细胞中,HP增强TGF-β应答元件的c-Myc报告基因转录活性,同时抑制了PAI-1、P21报告基因转录活性。而在MCF-7细胞中,PAI-1、P21报告基因转录活性升高,c-Myc报告基因转录活性降低。这预示了HP调节TGF-β应答元件的报告基因转录活性具有细胞特异性。HP能以雌激素不依赖的方式抑制雌激素反应元件(estrogenresponseelement,ERE)的转录活性,该结果表明HP参与调节的TGF-β/Smads信号转导与ER信号通路存在串话调节。将RNA干扰(RNAinterference,RNAi)实验与活性实验相结合,发现抑制HP的表达后,MCF-7细胞中HP增强TGF-β应答元件的报告基因转录活性的功能也受到抑制。
检测了HP的蛋白表达调节活性。通过G418抗性筛选后得到HP稳定转染细胞株HP-MCF-7。WesternBlot检测,HP过量表达激活(周期依赖激酶抑制剂)P21、P15、P27、纤溶酶原激活剂抑制因子-1(plasminogenactivatorinhibitor-1,PAI-1)、Smad4、BRCA1的表达;同时抑制促进细胞生长的c-Myc、c-jun、Rb、Bcl-2、c-fos的蛋白表达。此结果说明了HP具有蛋白表达调节活性,并且HP有可能作为一种抑癌蛋白,协同增强抑癌蛋白的表达,同时拮抗癌蛋白标志分子的表达。
研究了HP的细胞学功能。流式细胞仪分析结果得出HP的高表达,使细胞生长阻滞在G2/M期。用结晶紫细胞生长曲线测定的方法检测表明MCF-7-HP的生长速度显著慢于MCF-7-149细胞。HP蛋白分泌表达24h,48h,72h都能不同程度地抑制乳腺癌细胞、肺癌细胞、肝癌细胞的生长;同时对正常人乳腺细胞、正常肺、肝细胞、正常成纤维细胞的生长以及SV40转化的人胚胎肾细胞抑制不明显。利用软琼脂实验检测HP使肿瘤细胞集落形成能力降低。
探讨HP参与调节TGF-β信号通路的可能机理。收集用TpRII受体抑制剂SB431542处理的稳定转染细胞株,WesternBlot分析,不同剂量SB431542处理的细胞TGF-β下游基因的蛋白表达与对照相比没有明显差异。结果表明,分泌蛋白HP不是直接与膜上Ⅱ型受体结合,有可能是与胞外配体结合,以活化配体调节胞内下游信号的转导。
上述研究结果表明,HP可能是TGF-β信号通路的一个新型调控因子,通过与Smad4相互作用而参与TGF-β信号通路的调控,进一步的深入研究将有助于了解TGF-β信号通路的调控机制。