小G蛋白的研究进展
《SCF复合物组分Cullin1与Rho小G蛋白超家族成员Rif相互作用的研究》范文
《SCF复合物组分Cullin1与Rho小G蛋白超家族成员Rif相互作用的研究》篇一SCF复合物组分Cullin1与Rho小G蛋白超家族成员Rif相互作用的深入研究一、引言SCF复合物和Rho小G蛋白超家族在细胞生物学中扮演着重要的角色。
SCF复合物由Cullin1等组成，参与多种生物过程如泛素化等。
而Rho小G蛋白超家族成员，如Rif，则在细胞骨架重组和信号传导等过程中发挥着关键作用。
近年的研究揭示了Cullin1和Rif之间的相互作用，并提示这种相互作用在多种细胞过程中扮演重要角色。
本文旨在进一步深入探讨SCF复合物组分Cullin1与Rho小G蛋白超家族成员Rif的相互作用及其可能的生物学意义。
二、研究背景SCF复合物主要由Cullin1、Skp1和F-box蛋白组成，参与蛋白质的泛素化降解过程。
Cullin1作为SCF复合物的骨架，能够与多种E3泛素连接酶相互作用。
而Rho小G蛋白超家族则是调控细胞骨架的重要信号分子，其中Rif是Rho家族的一员，其功能主要涉及细胞骨架的重组和信号传导。
近年来，有研究表明Cullin1和Rif之间存在相互作用，这种相互作用可能对细胞的多种生物过程产生影响。
三、材料与方法本研究采用分子生物学、细胞生物学及生物化学等方法，探究Cullin1与Rif的相互作用。
具体步骤如下：1. 利用酵母双杂交等实验手段验证Cullin1与Rif之间的相互作用；2. 利用免疫共沉淀等方法确定两者在细胞中的结合情况；3. 通过突变体实验研究Cullin1与Rif相互作用的分子机制；4. 通过观察Cullin1和Rif对细胞形态及细胞骨架的影响，进一步探索两者在细胞中的作用。
四、结果与讨论1. 相互作用验证：通过酵母双杂交实验，我们证实了Cullin1与Rif之间存在直接的相互作用。
这一结果为进一步研究两者在细胞中的功能提供了基础。
2. 结合情况分析：利用免疫共沉淀实验，我们发现在细胞中，Cullin1与Rif能够形成稳定的复合物。
小G蛋白Arf的研究进展
代农业 科技 ）０７ 第 １ ２０ 年 ６
工作研
小 Ｇ 蛋 白 Ａｒ 的研究进展 ｔ
吴 静 徐 碧玉 金 志强
（ 中国热带农 业科学院生物技术研究所 ， 海南海口 ５ １ ０ ） ７ １１
摘 要 小 Ｇ 蛋 白作为信 号转 导 中重要 的分子 开 关 ， 进化 相 当保 守 ， 是近 些年信 号转 导方 面研 究 的热点 。 关 Ａ Ｇ Ｐ ｓ 及 其 编码基 宅 有 ｆ Ｔ ａ ｅ 因的研 究工 作报道 很 少 ， 与之相 互作 用的调 控蛋 白研 究进展 也 刚 刚开始 。 对 主要 阐述 小 Ｇ蛋 白 Ａ ｆ 动植 物及 酵母 中的研究 进展 ， ｒ在 旨在揭 示小 Ｇ蛋 白 Ａ ｆ 为“ ｒ作 分子 开 关” 具有 重要 的细胞 生理 作 用。 关ｔ 词 小 Ｇ蛋 白 ： ｆ； Ａ 信号 转导 ｔ
体包括植物中保守存在 ， 尽管小 Ｇ蛋白的分子基很小， 但是
它通 过 与各 种调 控 因子及 效应 器 的相 互作 用在生 物 体各 种
Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ｐ
毒素的 Ａ Ｐ 核糖基转移酶活性嘲 并且人 类和植物的 Ｄ － ，
Ａｆ 基 因均 可互补 于酵 母 Ａ １突 变株［ ｒ ｌ ｔ ｆ ４ １ 。
超级 家族 ， 量较 小 。 分子 约为 １３ｋ ， ２￣ ０ｄ 是区别 于 异三 聚体 Ｇ
蛋 白 的单体 鸟核 苷酸 结 合 蛋 白 。 Ｇ蛋 白在 结 构和 功 能 方 小 面具 有 明显 的多样 性 。 真核 生 物 利 用这 类 蛋 白形 式 的多 样
性和 其 不 同 鸟核 苷酸 结 合态 ， 控 着细 胞 许 多重 要 的 生 理 调
合蛋白家族 ， 根据其亚基组成及 分子量 大小 ， 将参与细 可 胞 信 号转 导 的 Ｇ蛋 白分 为 异三 聚 体 Ｇ 蛋 白（ｅ ｒｔｍ ｒ ｈｔ ｏ ｉ ｅ ｃ ｅ ｒ ｉ
G蛋白及其受体的研究
1986年
A
上世纪80年代，
Lefkowitz和Kobilka很快推断出 “光受体”视紫质蛋白和b2AR可能属于 同一家族，这一家族可能编码很多重要的 激素受体。这一工作旋即被毒蕈硷乙酰胆 碱受体的克隆所证实
工作中得到的信息和技术也帮助了嗅觉受 体这一超家族的发现和克隆
2007
Kobilka研究组解析 了结合激动剂的处于 活性状态的人beta2 肾上腺素受体的结构
随后
解析Gαβγ-β2 肾上腺素受体复合物 的结构，完整解释了 GPCRs如何被配体激 活以及再激活下游G 蛋白从而传递信号的 过程。
Please GPCR Add 工作机制研究 Your Title In Here
03
GPCRs的结构 与分类
Please Add Your Title In Here GPCRs 的结构
please add your title in here
01
G蛋白偶联受体均是膜内在蛋白 每个受体内包含七个α螺旋组成 的跨膜结构域，这些结构域将受 体分割为膜外N端，膜内C端， 3个膜外环和3个膜内环。
研究GPCR,GPCRs 的新发现 Please Add Your Title In Here
please add your title in here
（或点） 突变结合融合蛋白技术解析出 了第一个人 β 肾 上腺素受体 2 的精细结 构. 他们采用突变技术。
2007 年 Vadim Cherezov 等采用缺失
01
please add your title in here
1972年
Lefkowitz使用去污剂显著提、 高了b2肾上腺素能受体蛋白 的可溶性，并在此基础上首 次制作了亲和层析柱，将琼 脂糖的侧链上人工加入一个 长度为30-A的糖链，并通过 该链将琼脂糖与去甲肾上腺 素偶联
细胞信号转导进展G蛋白
GPCR Art
mAchR—A类GPCRs
• Belongs to subfamily A18 – M1 (CHRM1, ACM1) – M2 (CHRM2, ACM2) – M3 (CHRM3, ACM3) – M4 (CHRM4, ACM4) – M5 (CHRM5, ACM5)
• 代谢型离子通道
Linda B. Buck
其他G-蛋白
2．视觉感受器中的G蛋白
• 视紫红质为7次跨膜蛋白，由视蛋白和视黄醛组成。其信号途径为： 光信号→Rh激活→Gt活化→cGMP磷酸二酯酶激活→胞内cGMP减 少→Na+离子通道关闭→离子浓度下降→膜超极化→神经递质释放 减少→视觉反应。
G蛋白介导的信号转导
➢GPCR ➢G蛋白介导的跨膜信号转导 ➢小G蛋白
1. "The Biology of Cancer" , by Robert A. Weinberg, June 2006, (Garland Science Textbooks), 864pp. 2. "One Renegade Cell" (Science Masters) by Robert A. Weinberg, October 01, 1999, 170pp. 3. "Racing to the Beginning of the Road: The Search for the Origin of Cancer" , by: Robert A. Weinberg, May 01, 1996 (Harmony Books) 270pp. 4. "Genes and the Biology of Cancer" (Scientific American Library) by: Harold Varmus, Robert A. Weinberg, October 01, 1992, 215pp. 5. "Oncogenes and the Molecular Origins of Cancer" (Monograph Ser No. 18), March 01, 1990, Cold Spring Harbor (R.A.Weinberg, Editor) 270pp.
小g蛋白名词解释
小g蛋白名词解释小G蛋白是一种嵌合蛋白，通常由小G结构域和其他结构域组成。
它是一种重要的细胞信号调控分子，在细胞内起着多种生理功能。
小G蛋白是一类低分子量的鸟苷酸结合蛋白。
它通过鸟苷酸的结合和释放完成其功能。
小G蛋白通过激活或抑制一系列靶标分子，从而调节细胞的生理过程，如细胞分裂、细胞凋亡、细胞迁移和细胞粘附等。
小G蛋白的活性状态通常分为两种：活化态（GTP结合态）和非活化态（GDP结合态）。
在非活化态下，小G蛋白与GDP结合形成一个稳定的复合物。
当外界的信号（如激素或生长因子）与细胞膜上的受体结合时，会激活细胞内的GTP 酶，将小G蛋白上的GDP转化为GTP，使其由非活化态变为活化态。
活化态的小G蛋白具有一定的生物活性，可以与多个靶标分子结合并影响它们的活性。
一个典型的例子是Rho蛋白家族，它可以调节细胞骨架的重排和细胞迁移。
另外，Cdc42和Rac等小G蛋白也参与细胞形态的改变和胞吞作用的调控。
小G蛋白在细胞凋亡中也发挥着重要的作用。
Bcl-2家族蛋白是调控细胞凋亡的主要调节器，其中Bcl-2蛋白通过与Bax蛋白结合来抑制凋亡。
近年来的研究表明，小G蛋白Rap1能够与Bcl-2蛋白相互作用，抑制Bcl-2与Bax的结合，从而抑制细胞凋亡。
此外，小G蛋白还参与细胞周期的调控。
Cyclin依赖性激酶（CDK）是调控细胞周期的重要因子，而小G蛋白RhoA和CDC42是CDK活性的调节器。
当RhoA和CDC42活化时，它们能够促进CDK活性的抑制，限制细胞周期的进程。
总之，小G蛋白是一类重要的细胞信号调控蛋白，通过激活或抑制一系列靶标分子，调节细胞的生理过程。
它参与细胞分裂、细胞凋亡、细胞迁移、细胞适应等重要生命活动，并在多个疾病的发生和发展中发挥着重要作用。
植物小G蛋白基因ROP生物学功能研究进展
粉管 中过表达 Ｒ （ ） Ｉ ｊ ８ 、 Ａ ｔ Ｒ Ｏ Ｐ ９ 、 Ａｔ Ｒ Ｏ Ｐ １ １ 其表现 型 与
过表达 Ａ ｔ Ｒ Ｏ Ｐ １ ￣ Ｈ 似； 而 过 表 达 Ａｔ Ｒ （ ） Ｐ ７则 导 致 花 粉 管 顶端 与 花 粉 管 生 长 方 向 一 致 的 肌 动 蛋 白束 变 成 螺 旋 状
肌动蛋 白束 ］ 。目前 ， 大 多数研 究认 为 Ｒ （ ） Ｐ作 为信 号
开关 调 控 花 粉管 极 性 生 长 ， 这可能是 由于 Ｒ Ｏ Ｐ与 Ｐ Ｉ Ｐ Ｋ
白， 其 中水稻中有 ７ 个Ｒ Ｏ Ｐ基 因家族成员 ， 拟南芥 中有 １ １ 个 ， 棉花 中有 ７ 个， 玉米 中有 ９个【 ］ 。生物学 功能 研 究发现 Ｒ Ｏ Ｐ参与 了细胞 分裂 与生长分 化ｌ ６ ］ 、 花 粉管
改变 了 花 粉 管 顶 端 生 长 方 向 和 速 度 】 ９ ｌ 。 显微 注 射
Ｒ （ ） Ｐ １ 抗 体 明 显 抑 制 了 豌 豆 花 粉 管 的 伸 长 。 ； 过 表 达 Ａ ｔ Ｒ （ ） Ｐ 】 引起 花 粉 管 去 极 性 生 长 ， 反义 表达 Ａ ｔ Ｒ （ ） Ｐ １ 抑
病 、 激素应答 等多种生 命活动 的信号转 导 ， 被称 为 “ 分子开关” ， 是近年来植物信号转导方面研究热点 。
合蛋白） 。依据 Ｇ蛋白分子量大小与亚基组成将其分为
异源三聚体 Ｇ蛋 白、 小 （ 蛋 白和几种特殊 的 Ｇ Ｔ Ｐ结合
蛋白３ 类， 其 中小 （ ； 蛋 白根 据 功 能 不 同 将 其 分 为 Ｒ ａ ｓ 、 Ｒ ｈ ｏ 、 Ｒ ａ ｂ 、 Ｒ ａ ｎ和 Ａｒ ｆ ５个 亚 家 族ｕ ｊ 。Ｒ Ｏ Ｐ属 于 小 Ｇ 蛋
植物小G蛋白研究进展
Ξ植物小G 蛋白研究进展吕 品1, 李建华1, 张 岩2, 刘银谦1, 陈玉玲1(1.河北师范大学生命科学学院,河北石家庄 050016;2.河北省环境计量技术研究中心,河北石家庄 050051)摘要:小G 蛋白是和异三聚体G 蛋白α亚基偶联的单体鸟苷酸结合蛋白,所有的小G 蛋白从属于Ras超家族.植物小G 蛋白超家族尤其是ROP 家族在信号转导及生长发育中起了重要的“分子开关”作用,它们参与调控花粉管的伸长、根毛的发育及激素信号转导等过程.主要介绍了小G 蛋白的种类、调节机制、ROP 家族的功能及靶物,旨在揭示植物小G 蛋白功能的多样性.关键词:小G 蛋白;ROP ;信号转导;RIC中图分类号:Q 942.5 文献标识码:A 文章编号:100025854(2005)022*******G 蛋白是普遍存在于真核生物细胞中的一个GTP 结合蛋白家族,根据其亚基组成及分子量大小,可将参与植物细胞信号转导的G 蛋白分为异三聚体G 蛋白(heterotrimeric G protein )、小G 蛋白(small GTPases )和几种特殊的GTP 结合蛋白[1].小G 蛋白分子量约为21～30kD ,是和异三聚体G 蛋白α亚基偶联的单体鸟苷酸结合蛋白.所有的小G 蛋白从属于一个超家族,通常称为Ras 超家族,它们通过其特殊的调节方式在植物细胞信号转导及生长发育中起到了关键的作用,保守的GTPase 功能的更新及小G 蛋白超家族新成员的发现使得植物小G 蛋白能成为调控多种信号通路及生理功能的“分子开关”.1 植物小G 蛋白的种类及功能小G 蛋白超家族根据功能的不同至少分成5个家族,即Ras ,Rho ,Rab ,Arf 和Ran [2,3],其中Ras ,Arf 和Ran 在真核生物中非常保守,直接参与胞内众多调节过程[3].在细胞分泌系统中,Arf 控制着囊泡(vesicle )的出芽生殖(budding ),而不同的Rab 则可以控制特殊囊泡的运输(transport )和停靠(docking ).Ran 能调节RNA 和蛋白从核孔的运输.由此可见,多数小G 蛋白在调控胞内运输时的作用是高度保守的.因为这几个家族在细胞的基本生理活动中是必需的,通常认为它们不是传递胞外信号的蛋白[4].Rho 家族由保守的亚家族(Cdc42,Rac ,Rho )组成,Cdc42和Rho 普遍存在于酵母和大多数动物中,而Rac 是动物特有的,另外,哺乳动物和酵母中还包含不属于这几个亚家族的Rho GTPase.最早发现的Rho GTPase 的功能是调控真核细胞肌动蛋白的装配和细胞的极性发育[3],现有的研究发现它还可以调控多种生理过程,如基因表达、细胞壁合成、H 2O 2产生、内吞作用、胞外分泌、胞浆的移动、细胞周期、真核生物器官细胞分化等[4],Rho GTPase 功能的多样性反映在不同组织中Rho GTPase 功能的差异[5],它在细胞信号转导中起主要的作用.拟南芥基因组编码93种小G 蛋白,它们在胞内调控多种生理过程,如囊泡运输、信号转导、细胞凋亡和真核生物器官细胞分化等.植物中同样发现了Rab ,Arf ,Ran 和Rho ,但结合拟南芥基因组序列分析和研究,目前尚未找到与动物Ras 有较高同源性的小G 蛋白[6,7].Rab 是小G 蛋白超家族中最大的家族,拟南芥中有57种Rab 小G 蛋白,对植物Rab 小G 蛋白的研究证明它们的确有运输囊泡的功能[2,3];Ran 的作用在植物中还没有进行系统研究,但发现Ran G AP (GTPase 2acting protein )的N 末端和细胞间质的粘连蛋白(attachment proteins )是同源的[8];Arf 和Arf GEF (guanine nucleotide exchange fac 2tor )对PIN1的极性定位有很重要的作用,在调控质膜和胞质之间的蛋白运输中,PIN1可能充当了植物Ξ收稿日期:20040620;修回日期:20040830基金项目:河北省教育厅博士基金资助项目(B2003107)作者简介:吕 品(1979),女,河北省晋州市人,河北师范大学硕士研究生,主要从事植物发育及抗逆生理学方面的研究.第29卷第2期2005年 3月河北师范大学学报(自然科学版)Journal of Hebei Normal University (Natural Science Edition )Vol.29No.2Mar.2005激素的运出载体[9].自从1993年首次从豌豆中发现与Rho 相关的GTPase 以来[10],植物中发现了大量与Rho 相关的GTPase ,虽然它们也是由Rho ,Rac 和Cdc42GTPase 演化而来,但是植物Rho GTPase 不同于真菌和动物的Rho GTPase ,它属于一种特殊的ROP (Rho 2related GTPase from plants )家族[11].ROP 家族可能在陆生植物形成之前就出现了,因为苔藓植物Physcom it rella patens 至少有3种不同的RO P 基因[12].经鉴定所有的植物中都含有多种ROP GTPase ,目前拟南芥中发现了11种,玉米中发现了9种.由于ROP 的命名比较混乱,为了清楚和一致起见,Yang [4]用ROP 代替Rho 小G 蛋白ROP 亚家族中的各成员.表1列出了拟南芥已知的11个ROP 家族及相关的命名.表1 拟南芥已知的ROP 家族及相关命名ROP [11]ROP1ROP2ROP3ROP4ROP5ROP6ROP7ROP8ROP9ROP10ROP11Arac/AtRAC [12,13]AtRac/At 2Rac [14,15]Arac11/AtRAC11 Arac4/AtRAC4 Arac1/AtRAC1 Arac5/AtRAC5 Arac6/AtRAC6AtRac2 Arac3/AtRAC3AtRac1 Arac2/AtRAC2 Arac9/AtRAC9 Arac7/AtRAC7 Arac8/AtRAC8 Arac10/AtRAC10 2 小G 蛋白的结构与调节机制a 小G 蛋白的保守结构.所有的小G 蛋白都包含4个保守的鸟苷酸结合和GTP 活化位点(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)及效应区(E );Rho Insert 只存在于Rho GTPase ;Rab ,Ras ,Rho GTPase 的C 末端是异戊二烯化(P )的结构,这个结构可能是CAAL ,CC/CXC 或CAAX ;Arf 的N 末端是豆蔻酰化的结构,Ran 尚未找到保守结构.b 小G 蛋白的调节方式. 图1 小G 蛋白的保守结构及其调节机制小G 蛋白超家族各成员之间有一些相同的结构特征,例如:它们都含有4个鸟苷酸结合区和1个效应区[3,4](见图1a ).小G 蛋白对上下游的调节机制和异三聚体G 蛋白不同(图1b ).质膜上的鸟苷酸交换因子GEF 通过G DP/GTP 的交换反应,将结合G DP 的非活化状态的小G 蛋白转化为结合GTP 的活化状态.结合了GTP 的小G 蛋白通过其上游的效应器结合位点与下游的1个或多个特异的效应器蛋白相互作用.这种活化的GTP 表现出固有的微弱的GTPase 活性,需要在GTPase 激活蛋白(G AP )的作用下才能有效地将GTP 水解掉,从而恢复小G 蛋白的静息状态.此外,大多数小G蛋白都有2种存在方式,一种是与质膜偶联,另一种是在胞质中游离.只有和质膜偶联的GTPase 才能被GEF 激活;在胞质中存在1种鸟苷酸解离抑制因子G DI(guanine nucleotide dissociation in 2hibitor ),在它的负调节作用下,小G 蛋白才能与膜解离[4].真菌和动物的Rho 小G 蛋白直接被Rho GTPase 激活,这些Rho GEF 通常包含DH 区域(Rho GTPase 中G DP 转化为GTP 的区域)[16],但植物GEF 缺乏与真菌和动物同源的DH 区域蛋白,所以ROP 不是被通常的GEF 激活的.虽然植物Rho G AP 与哺乳动物的Cdc42G AP 有很高的同源性,都包括1个G AP 催化区域,但实验证明,拟南芥Rho G AP 在ROP 作用下GTP 的水解能力增强,但在Cdc42作用下,GTP 的水解能力很491河北师范大学学报(自然科学版)第29卷弱,这说明植物中存在特殊的ROP G AP.Wu 等[17]将拟南芥ROP G AP 中分离鉴定出的1个新家族命名为Rop G AP ,它是由多个基因编码的.在G AP 区域的上游存在CRIB (Cdc42/Rac 2interactive binding ),它们能和特定的Rop G AP 结合,Cdc42/Rac 的许多效应因子中都存在CRIB ,使得它们与特定的Rop G AP 结合而激活Cdc42/Rac.CRIB 是植物特有的,动物和真菌Rho/Cdc42/Rac G AP 中不存在[18].小G 蛋白上述复杂的调节方式在植物中非常保守,尽管小G 蛋白的分子量很小,但是它通过与各种调控因子及效应器的相互作用在生物体各种生命活动中发挥了极其重要的作用.3 R OP 家族是小G 蛋白中参与信号转导的唯一家族3.1 ROP 功能的复杂性及研究方法如上所述,Ras ,Arf ,Ran 和Rab 的功能在细胞基本生理活动中是必需的,通常认为它们不在胞外信号转导中起作用,作为植物特有的小G 蛋白,ROP 成为植物小G 蛋白中参与信号转导的唯一家族.这是为什么呢?一种假设认为ROP 进化为一种唯一的分子开关替代了Cdc42,Rac ,Rho 的作用,对肌动蛋白的组装、细胞极性和胞外信号转导等生理过程进行调控[9,11,12],由此可以看出,小G 蛋白在植物细胞发育调节中的复杂性.近年来利用分子生物学的手段诱导出了多种突变体,如通过对特定氨基酸残基的替换,把GTPase 锁定在非活化状态,这种突变体叫做功能缺失突变体(dominant negative mutants ,DN );通过对特定氨基,把GTPase 锁定在持续活化状态,这种突变体叫做组成型活化突变体(constitutively ac 2tive mutants ,CA )[9,19];另外还有超表达植株(overexpression lines )等.3.2 ROP 的功能通过对这些突变体的研究,发现不同的ROP 执行不同的功能.从系统发生上来看,ROP 家族分为4类,它们的功能见表2.表2 R OP 家族分类及其功能[4]类别拟南芥棉花(G h )/烟草(Nt )玉米(Zm )/水稻(Os )ⅠROP8(功能未知)——— ———ⅡROP9/ROP10(对ABA 产生应答2LOF/DN/CA ),ROP11(功能未知) —————— OsRac1(产生H 2O 22DN/CA )OsRac2～OsRac4,ZmROP6～Zm 2ROP8(功能未知)ⅢROP7(抑制根毛尖端生长2OX ) G hRac9/G hRac13(产生H 2O 22DN/CA )OsRac5(功能未知) Ⅳ ROP1～ROP6(肌动蛋白动力学,极性生长,根毛发育,对ABA 产生应答2DN/CA/OX )G hRac1(功能未知) ZmROPB/ZmROPD (功能未知) 注:LOF.功能缺失;DN.功能缺失突变体;CA.组成型活化突变体;OX.超表达.ROP 家族各成员在植物组织中的表达是有组织特异性的,对拟南芥各组织中不同ROP 蛋白R T 2PCR 的分析表明,ROP1在开放的花中表达量最大,在未开放的花中也能检测到,但是在幼嫩的角果中几乎没有,根、茎、叶中也尚未发现;然而,ROP2～ROP6在各组织中都表达,并且ROP5在整体上的表达水平比ROP3要低得多,ROP3在根中的表达量很高,而ROP5几乎不表达[11].ROP 家族各成员在植物组织中表达的特异性决定了它们功能的复杂性.对于植物ROP 功能的研究始于最早在豌豆花粉管尖端质膜发现的ROP 蛋白,在豌豆花粉管中显微注射ROP1抗体抑制了花粉管的伸长[20],这就说明ROP 在调控花粉管伸长中起作用.实验证明,在拟南芥花粉管中表达的3个密切相关的RO P (RO P 1,RO P 3,RO P 5)在成熟的花粉管中都有一定量的表达,它们位于花粉管尖端,对花粉管的极性伸长起关键作用,其中RO P 1的表达量最多,对花粉管的极性伸长起主要作用,RO P 3和RO P 5的表达量较少,对极性伸长起辅助作用[11].进一步的研究证明,591第2期吕 品等:植物小G 蛋白研究进展691河北师范大学学报(自然科学版)第29卷DN2rop1和DN2rop5抑制了花粉管的伸长,这充分证明了ROP在调控花粉管伸长中起了重要作用[14,19].此外,ROP还参与了花粉管细胞的极性发育.研究证明,ROP在调控根毛的发育中起了重要的作用.根毛的发育包括单个表皮毛细胞(single epi2 dermal hair2cells)复杂的形态发生,它的发育起始于根毛形成细胞基部的膨胀(swelling)部位,膨胀部位形成根毛,根毛尖端才开始生长.通过对ROP4抗体和GFP2RO P2的定位的研究表明,ROP位于拟南芥伸长的根毛的尖端[21～24].RO P2调控了根毛的发生和尖端的生长,拟南芥RO P2超表达植株增加了根毛的数量和密度,CA2rop2,CA2rop4或CA2rop6能引起根毛尖端各向同性生长或延长根毛的长度,而DN2rop2则抑制根毛尖端的生长[23,24].ROP另外一个功能就是调节H2O2的产生,Kawasaki等[25]鉴定了几种与大鼠Rac2同源的水稻ROP家族GTPase,结果显示,CA2OsRac1和DN2OsRac1突变体分别激活和抑制由病原体入侵而引起的H2O2的产生.有趣的是,由CA2OsRac1介导产生的H2O2能被DPI(NADPH氧化酶抑制剂)抑制. ROP信号系统调节H2O2产生的作用也体现在拟南芥对氧胁迫的反应,该反应快速且瞬间激活野生型拟南芥种子的ROP,导致ROP依赖的H2O2的产生和H2O2依赖的乙醇脱氢酶基因(A D H)的表达[26]. ROP依赖的H2O2的产生也能被DPI抑制.一个有关ROP的最重要的发现是:它介导了ABA应答途径的负调控.有关报道指出:拟南芥DN2 rop2和CA2rop2分别促进和抑制了ABA抑制的种子萌发这一生理过程[10].然而,这些结果不能证明ROP是否作为ABA应答途径的直接负调控因子起作用.对某些功能缺失的突变体的研究表明:ROP9和ROP10是ABA反应的负调控子[27].RO P9或RO P10突变体中,A B A对种子萌发、变绿以及根生长的抑制作用都微弱增强了,而RO P10/RO P9双突变体显著增强了ABA在这些方面的反应.这可能由于ROP9和ROP10都包含了C末端的法尼基结构,这2种ROP中1个或2个都可能是ERA1(法尼基转移酶β亚基)的靶物,它们参与了ABA介导的气孔运动的负调控[28].4 R OP GTP ase下游的靶物(target)4.1 RIC(Rop2interactive CRIB motif2containing proteins)在酵母和动物中,每个Rho GTPase亚家族都通过不同的生化反应激活特定的靶物,如蛋白激酶在成核肌动蛋白调控子作用下形成β21,32葡聚糖合成酶(β21,32glucan synthase)[18],但是在植物中尚未找到与酵母和动物同源的Rho靶物[21].Wu等[21]利用酵母双杂交技术和生物信息学方法对拟南芥花粉进行了分析,从花粉基因组中分离出了ROP的靶物,它是由拟南芥花粉的11个基因编码的一种新型蛋白,包含1个保守的CRIB(Cdc42/Rac2interactive binding)结构,命名为RIC(Rop2interactive CRIB mo2 tif2containing proteins),RIC只与结合GTP的ROP反应而不与结合G DP的ROP反应.9种在拟南芥成熟花粉中表达的R IC基因在烟草花粉管中瞬时表达后发挥的作用不同,这说明不同的R IC有不同的功能,一些R IC超表达的表型如下:1)在RO P1超表达植株中,R IC3和R IC4引起花粉管的去极性生长;2)R IC10促进花粉管的伸长,对花粉管的极性生长没有影响,并且表现出RO P1不依赖的胞质的定位,这表明R IC10可能受多种RO P调控,参与RO P1不依赖的信号途径;3)R IC5抑制花粉萌发;4)其他R IC都不同程度地抑制花粉萌发,而且这些R IC在花粉中有不同的亚细胞定位方式.研究证明,不同的RIC和不同的ROP偶联,从而在花粉管中表现出了不同的生理功能.R T2PCR分析表明,拟南芥中有6种R IC在植株各组织都表达.在以上研究的基础上,可以推断,不同的RIC作为不同的ROP GTPase的靶物参与调控ROP依赖的信号转导途径[21].4.2 其他潜在的ROP靶物还有一些ROP靶物,它们和酵母及动物中Cdc42/Rac的靶物一样,不是以CRIB结构与ROP结合的.ROP的一个潜在的靶物是PIP K(从烟草花粉中分离得到,与ROP偶联),它能生成PIP2[14].用GFP标记的与PIP2和PIP3特异结合PH 区域定位于花粉管尖端的质膜区域,而且它的表达抑制了花粉管的伸长[14].然而,PIP K 是否直接与ROP 结合参与ROP 的调控,以及它是否位于ROP 的下游调控花粉管的极性生长,这些问题还不清楚.酵母中Rho1能直接激活β21,32葡聚糖合成酶并与其相偶联而发挥作用,对拟南芥的研究表明,与GTP 结合的ROP1能与UDP 2葡萄糖转移酶1[拟南芥β21,32葡聚糖合成酶(callose synthase )的亚基]相偶联[29].由此可以推测,β21,32葡聚糖合成酶也可能是ROP 的靶物.图2 ROP GTPase 功能的多样性4.3 ROP 和靶物的相互作用ROP 和众多与ROP 偶联的蛋白调控了多种生理过程,ROP 与特定的ROP 调控子和靶物相结合,从而激活特定的ROP 信号通路.激活的ROP在Rop G AP 和Rop G DI 的作用下,转化为静息状态.ROP 位于特定的膜和膜区,除图2显示的质膜外,其他特定的膜区和隔离区(如液泡)也发现了ROP.不同的ROP 能与不同的靶物(RIC 和某些未知蛋白)结合调控下游特定的效应器,从而实现ROP 依赖的信号途径.5 展 望尽管植物小G 蛋白的研究仍处于初级阶段,但已有的研究证明小G 蛋白的确介导了胞间信号转导,尤其是ROP 介导的信号转导.令人惊喜的是Rab11调控了油菜素内酯的生物合成[30],由此,我们不能简单地认为Rab ,Arf ,Ran 只参与调控植物细胞的基本生理过程,植物小G 蛋白的各家族潜在的功能在信号转导中的作用是不可低估的.ROP 已成为植物细胞信号转导的重要的分子开关.对突变体的研究揭示了ROP GTPase 功能的多样性,但是ROP 信号途径中的许多问题还有待于解决,还需利用生化、蛋白质组、分子生物学和遗传学等方法进行深入的研究,如特定ROP 的作用位点、不同ROP 在细胞和亚细胞水平的定位以及ROP 是怎样与不同的调控子和效应子相互作用的.酵母双杂交技术的应用使我们对几种ROP 的靶物有了初步的了解,但在ROP 调控下游信号转导中还有许多问题亟待解决,如哪种因子把ROP 定位于亚细胞膜上、ROP 激活的分子机制、ROP 是怎样通过调控下游因子来调控特定的生理过程等.每一条ROP 依赖的信号途径都由特定的ROP 信号复合物调控,分离特定的ROP 信号复合物需要进行生物化学、细胞生物学和遗传学等方面的分析,这些方法的综合利用最终应该能揭示ROP 的作用机制及激活机制,从而揭示植物小G 蛋白功能的多样性.参考文献:[1] ASSMANN S M.Heterotrimeric and unconventional GTP binding proteins in plant cell signaling [J ].Plant Cell ,2002,14(suppl ):S3552S373.[2] BISCHOFF F ,MOL ENDI J K A ,RAJ ENDRA KUMAR C S ,et al .GTP 2binding proteins in plants [J ].Cell Mol Life Sci ,1999,55:2332256.[3] TA K AI Y ,SASA KI T ,MA TOZA KI T.Small GTP 2binding proteins [J ].Physiol Rev ,2001,81:1532208.[4] Y AN G Zhen 2biao.Small GTPase :Versatile signaling switches in plants [J ].Plant Cell ,2002,14(Suppl ):S3752S388.[5] ZHEN G Zhi 2liang ,Y AN G Zhen 2biao.The Rop GTPase :An emerging signaling switch in plants [J ].Plant Mol 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rehabilitate status is different.The high force2late phrase2massage group is superior to the low force and late phrase massage groups and the late2 phase massage gruops are superior to the early phase2massage groups and the control group.K ey w ords:quantitative massage;muscle damaging;massage phase;massage force(责任编辑 蔡丹英)(上接第198页)Progresses on Plant Small GTPasesLV Pin1, L I Jian2hua1, ZHAN G Yan2, L IU Y in2qian1, CHEN Yu2ling1(1.College of Life Science,Hebei Normal Universit y,Hebei Shijiazhuang 050016,China;2.Hebei Provincial Research Center of Enviroumental Metrology,Hebei Shijiazhuang 050051,China)Abstract:Small GTPases are monomeric guanine nucleotide binding proteins coupled to theα2subunit of heterotrimeric G proteins.All small GTPases belong to Ras superfamily.Plant small GTPases superfamily, especial ROP family,exerted important function as‘molecular switch’in plant growth,development and signal transduction,including regulation of pollen growth,root hair development,phytohormone signaling, and so on.In order to reveal multiple functions of plant small GTPases,the members of this superfamily and their regulating mechanism,versatile functions and targets of ROP were introduced.K ey w ords:small GTPases;ROP;signal transduction;RIC(责任编辑 柴 键)。
小G蛋白Rab2基因参与小麦抗叶锈病反应的研究
关 键 词 ： 麦 叶锈 病 ； Ｇ蛋 白 ； ａ ２基 因 ； 时 定 量 Ｐ Ｒ 小 小 Ｒｂ 实 Ｃ
中 图分 类 号 ： ８ Ｑ７ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０—７ ９ （ ０ ０ Ｏ １０ ０ １ ２ １ ） ４—０ ０ ０ １一Ｏ ５
Ｉ ｖ ｌ ｅ ｅ ｔｏ ｍ ａ ｌＧＴＰ－ ｎｄ ｎｇ Ｐｒ ｔ ｉ ｎｅ Ｒａ ２ ｉ ｓｓａ ｃ ｎ ｏ ｖ ｍ ｎ ｆＳ ｌ Ｂｉ ｉ ｏ ｅ ｎ Ｇｅ ｂ ｎ Ｒｅ ｉｔ ｎ ｅ
Ｒｅ ｐ ｎ ｅ ｏ ｈ ａ ｏ Ｉｓ Ｌｅ ｆ Ｒｕｓ ｓ ａ ｅ ｓ ｏ ｓ ｆ Ｗ ｅ ｔｔ ｔ ａ ｔＤｉｅ ｓ
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小G蛋白的发展及研究现状
G蛋白是普遍存在于真核生物细胞中的一个GTP结合蛋白家族，根据其压机组成及分子量大小，可以将参与细胞信号转导的G分为异三聚体G蛋白、小G蛋白和几种特殊的GTP结合蛋白。
小G蛋白具有鸟核苷酸的结合位点，有GTP酶活性，其功能同样受鸟核苷酸调节，但与跨膜信息传递没有直接的关系，在结构上也不同于其他的G蛋白，其分子量较小，在20-30kDa之间，不是以α、β、γ三聚体方式存在，而是单体分子，且第一个被发现的小G蛋白是Ras,其他的还有Rho,SEC4,YPT1等，微管蛋白β亚基也是一种小G蛋白。
小G蛋白与其他G蛋白相同的是当结合了GTP时即成为活化形式，这时可作用于下游分子使之活化，而当GTP水解成为GDP时则回复到非活化状态。
在细胞中存在着一些专门控制小G蛋白活性的小G蛋白调节因子，有的可以增强小G蛋白的活性，如鸟苷酸交换因子（guanine nucleotide exchange factor, GEF）和鸟苷酸解离抑制因子（Guanine nucleotide dissociation Inhibitor, GDI）,有的可以降低小G蛋白的活性，如GTP酶活化蛋白（GTPase activating protein, GAP）。
近年来研究发现小G蛋白，特别是一些原癌基因表达产物有着广泛的调节功能。
Ras蛋白主要参与细胞增殖和信号转导；Rho蛋白对细胞骨架网络的构成发挥调节作用；Rab蛋白则参与调控细胞内膜交通（membrane traffic）。
此外，Rho和Rab亚家庭可能分别参与淋巴细胞极化（polarization）和抗原的提呈。
某些信号蛋白通过SH-3功能区将落氨酸激酶途径同一些由小G蛋白所控制的途径连接起来，如Rho（与Ras有30%同源性）调节胞浆中微丝上肌动蛋白的聚合或解离，从而影响细胞的形态。
这一事实解释了某些含有SH-3的蛋白同细胞骨架某些成分相关联或调节它们的功能。
1.Ras蛋白
ras基因家族中有三个成员，分别为H-ras、N-ras、K-ras，在已发现多种不同的的肿瘤中，物理或化学致癌因素均可引起ras基因突变，在体外试验中转染野生型ras 的细胞正常生长，而转染突变ras的细胞恶性增殖，ras突变抑制Ras与GAPs反应，引起Ras的持续活化。
Ras蛋白为膜结合型的GTP/GDP结合蛋白，分子量21kD，定位于细胞膜内侧。
它由188或189个氨基酸组成，它的第一个结构域含有85个氨基酸残基的高度保守序列，接下来含有80个氨基酸的结构域中，p21Ras结构轻微不同，除了K-Ras末端25个氨基酸由于不同的外显子而分为A型和B型外，其余Ras家族成员最后四个氨基酸均为Cys186-A-A-X-COOH序列。
Ras蛋白存在4种异构型：H-Ras、N-Ras、
K-Ras4A和K-Ras4B，它们是3种基因的产物，而K-Ras4A和K-Ras4B是同一基因不同剪接的结果。
Ras蛋白在合成后，需要经过一系列的加工修饰，才能定位于细胞膜内侧。
有研究表明，激活Ras的表达能增强血管生长因子的表达，提示Ras在血管生成中发挥作用，抑制Ras活性能抑制依赖Ras的肿瘤细胞增殖，也能干扰血管生成。
同时激活Ras还能抑制凋亡，突变Ras使本应正常死亡的细胞的生存期延长，Ras过度表达还能增加抗药物和紫外光诱导的凋亡，可能的机制是ras癌基因增强了细胞分解过氧化氢的能力从而抑制凋亡，此假说还需进一步验证。
2.Rho蛋白
它们是一组相对分子质量大约为20～25kD的三磷酸鸟苷(guanosine triphosphate，GTP)结合蛋白，具有GTP酶活性，因此，习惯被称为Rho GTP酶。
哺乳动物Rho 亚家族GTPase 至少包括以下成员: Rho (RhoA、RhoB、RhoC) , Rac (Rac1、Rac2、Rac3、RhoG) , Cdc42 ( Cdc42H、G25K、TC10) , Rnd ( RhoE/ Rnd3、Rnd1/ Rho6、Rnd2/Rho7) , RhoD 和TTF 。
其中研究最多的是Rho 、Rac和Cdc42。
Rho最重要的功能是调节肌动蛋白细胞骨架。
此外,Rho在基因转录、细胞周期调控、膜泡运输中也起重要作用。
在真核细胞中，Rho控制肌动蛋白骨架的重组，而肌动蛋白细胞骨架在细胞形状改变、移行、粘附以及胞质分裂中起重要作用。
Rac和Cdc42诱导的细胞骨架改变与Rho相似，都与整合素相关的粘着斑复合物有关。
但这些复合物的具体功能尚不清楚。
Rac和Cdc42通过激活JNK（Jur-NH2-ter-minal kinase）和p38 MARK（mitogen activated protein kinase）信号转导通路从而控制基因转录。
这与Ras在ERK-MARK级联中的作用相似。
在HeLa、NIH3T3以及COS细胞中，组成性激活突变表达Rac或Cdc42可以激活JNK和p38。
在Rho的激活剂GEF的存在下，JNK和p38也会被激活。
但Rho、Rac、Cdc42在MARK激酶激活中的确切功能还未清楚。
在细胞周期的G1期需要Rho、Rac和Cdc42的活化，其究竟是肌动蛋白细胞骨架、粘着斑复合物还是其他与基因转录有关的效应器作用，目前尚还不清楚。
Rho、Rac和Cdc42在细胞的一种膜运动过程中发挥作用，即为颗粒陷入质膜然后被内吞的机制需要依赖RhoA的参与。
同时Rho与癌症的发生有一定的关系，Ras和其他一些癌症相关蛋白依赖于Rho蛋白家族发挥作用。
激活Rac1、RhoA、RhoB、Cdc42可以引起啮齿类纤维母细胞的癌变。
Rho蛋白家族能促进肿瘤细胞的移行和侵入。