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ATP偶联的膜转运蛋白不仅具有转运离子和代谢产物的功能,近年来已被证明同时具有传递细胞信号的功能,具有与G偶联蛋白受体相似的功能和机制,是重要的药物靶标群。本研究主要对一个重要的P型ATP偶联膜转运蛋白—Na/K-ATP酶的功能亚基α1如何调节偶联Src蛋白介导的信号转导功能进行了阐述,以便深入探讨其作为药物治疗靶标的多重性。
钠钾ATP酶(Na/K-ATPase),又称钠泵,其α1亚基(α1Na/K-ATPase)拥有离子转运和信号传导的双重功能。在上皮细胞中,α1Na/K-ATPase能和Src激酶形成受体复合物,此受体复合物在ouabain刺激下能激活Src激酶,并且体外实验已经证明这个Src的激活作用是跟α1Na/K-ATPase的构象转化密切相关的。强心苷类药物作用于Na/K-ATPase时同时影响了这两个功能,这也是其毒副作用的来源。而到目前为止对Na/K-ATPase的一个研究瓶颈是我们无法将细胞内Na/K-ATPase的离子转运和信号传导功能分开。
本论文利用基因点突变法构建了一个新的突变α1Na/K-ATPase,它仍保留了Na/K-ATPase的离子泵功能,但是丧失了对Src蛋白及其下游信号通路的调控作用。已报道在体外实验中鉴定出α1Na/K-ATPaseN端的Naktide(S415到Q434)是和Src蛋白激酶结构域结合的部位,其中Naktide能结合并抑制Src活性。而本论文在此基础上进一步研究了Naktide和Src结合的分子机制。首先通过体外脯氨酸突变Naktide(脯氨酸替代丙氨酸能剖坏螺旋结构)和Src激酶活性实验证明破坏Naktdie的螺旋结构后,Naktide不在有效抑制Src活性;再次,在细胞中表达A420P突变的α1Na/K-ATPase后,细胞内Src活性显著增加,配体ouabain不能再通过α1来激活Src蛋白,并且经测定此突变不影响α1的离子转运活性和构象转化功能。
本论文还创建了一对构象转化缺陷的细胞株,进一步从细胞实验证明了α1Na/K-ATPase自身构象转化对动态调节细胞内Src活性的重要作用。已经报道经过纯化的Na/K-ATPase体外实验,证实α1对Src的调控是具有构象依赖性的,即在E1构象时,α1结合并抑制Src活性;而在ouabain结合的E2构象时,Src被激活。本论文则进一步从细胞水平研究这个α1蛋白构象转化对结合Src并调控其信号转导的作用。首先采用点突变法创建了I279A(细胞内α1多数停滞在E1构象,叫做E1样细胞)和F286A(细胞内α1多数停滞在E2构象,叫做E2样细胞)这一对构象转化缺陷的细胞系。跟体外实验结果一致,在E1样时,细胞内Src活性被抑制,而在E2样时,细胞内Src活性显著高于E1样细胞。并且在这两个细胞内,ouabain都不能再激活Src,同时我们发现这个α1构象转化缺陷对Src信号的影响是特异性的,因为它不改变ouabain引起的Akt信号变化。
综上所述,本论文首次创建了两组细胞模型,一组是A-P突变α1,其中的典型模型A420P突变α1,在细胞水平,它仍然有完好的离子泵功能,但是不能调控Src蛋白及其下游信号通路。这证实了Naktide的螺旋结构在结合并调控Src过程中的重要性。另一组模型是α1构象转化缺陷型细胞。从细胞水平,我们认识到α1构象转化的这种动态平衡对于α1调节Src活性及其下游信号通路具有重要意义。这些新的突变α1细胞模型可以作为筛选特异性的Na/K-ATPase/Src受体复合物的激动剂和拮抗剂的工具,来研发新型抗肿瘤,抗高血压等心血管疾病药物;同时我们可以利用这些突变α1创建转基因小鼠模型,来研究CTS类化合物在动物生理、病理、药理状态下对Src的调控,进一步从体内水平了解Na/K-ATPase对Src调节的重要性。