Transgelin研究新進(jìn)展*

張 穎 王學(xué)春

(泰山醫(yī)學(xué)院，山東 泰安 271016)

膠轉(zhuǎn)蛋白(TAGLN)是一種未知功能的22kDa蛋白質(zhì)，被命名為SM22[1]。該蛋白質(zhì)曾在多種樣本中被鑒別出，并在鼠p27、WS3-10、膠轉(zhuǎn)蛋白和SM22的一些不同命名下對(duì)其進(jìn)行了研究[2]。物種間的基因和蛋白質(zhì)序列高度保留，且在果蠅[3]和秀麗隱桿線蟲(chóng)[4]中鑒別出同源性。膠轉(zhuǎn)蛋白是肌動(dòng)結(jié)合蛋白鈣調(diào)蛋白家族中的一種，存在于細(xì)胞骨架器官中[2]。現(xiàn)將Transgelin研究綜述表述如下。

1 Transgelin的結(jié)構(gòu)

人類(lèi)膠轉(zhuǎn)蛋白是由位于染色體11q23.2上的5.4kb基因轉(zhuǎn)錄形成的[5]。該蛋白含有5個(gè)外顯子，一個(gè)最大的首要基因內(nèi)區(qū)和3個(gè)短基因內(nèi)區(qū)(Fig, la)。大約800kb上游基因區(qū)域上含有一些推定啟動(dòng)因子[5]。TAGLN產(chǎn)生一個(gè)1556bp的轉(zhuǎn)錄(Ensembl ID:ENST00000278968)。整個(gè)外顯子和外顯子2的第一個(gè)12bp代表5'未轉(zhuǎn)錄區(qū)域(Fig. la)，而外顯子5的最后432bp代表3'未轉(zhuǎn)錄區(qū)域。由該轉(zhuǎn)錄翻譯成的蛋白質(zhì)是201氨基酸肽鍵。鈣調(diào)蛋白家族的特征是含有兩個(gè)特異性基因序列：一個(gè)N-末端鈣調(diào)蛋白同源性區(qū)域(CH)和一個(gè)或幾個(gè)C-末端鈣調(diào)蛋白性模塊復(fù)制區(qū)域(CLIK)。膠轉(zhuǎn)蛋白特性是存在一個(gè)簡(jiǎn)單的CLIK模塊和一個(gè)包含潛在鈣結(jié)合EF指示的N-末端CH區(qū)域[6][2]。因鈣調(diào)蛋白的CLIK復(fù)制，活性結(jié)合中需要具有膠轉(zhuǎn)蛋白的C-末端CLIK區(qū)域[6][7]。膠轉(zhuǎn)蛋白C-末端的截?cái)啾砻魍耆钚越Y(jié)合行為需要蛋白質(zhì)最后四分之一基因區(qū)內(nèi)含有多種基因區(qū)域[6]，包括154-KKAQEHKR-161的上游外部-CLIK序列。在該區(qū)域內(nèi)，帶有正電荷的氨基酸KK(154/155)和KR涉及到肌動(dòng)蛋白結(jié)合過(guò)程中。使用不帶電的亮氨酸替換這些帶有正電荷的物質(zhì)會(huì)明顯降低肌動(dòng)蛋白的結(jié)合能力但并不會(huì)完全破壞這一結(jié)合過(guò)程[6]。只有在缺乏上述基因序列和CLIK模塊的情況下才會(huì)消除肌動(dòng)蛋白的結(jié)合[6]。氨基酸108-119中推定的EF-支持鈣結(jié)合位點(diǎn)是不起作用的，因膠轉(zhuǎn)蛋白-肌動(dòng)蛋白結(jié)合在存在鈣元素的情況下不受影響。也可能存在三種蛋白激酶靶向位點(diǎn)。膠轉(zhuǎn)蛋白僅對(duì)體外的蛋白激酶C磷酸化作用表現(xiàn)出敏感性，其中蛋白激酶C磷酸化作用會(huì)削弱肌動(dòng)蛋白結(jié)合[6]。然而，該作用的生理學(xué)重要性是不明確的，因?yàn)轶w外還未發(fā)現(xiàn)磷酸化的膠轉(zhuǎn)蛋白[8]。

2 Transgelin的表達(dá)

有關(guān)膠轉(zhuǎn)蛋白的組織分布是存在爭(zhēng)議的。已發(fā)現(xiàn)其貫穿于正常成年脊椎動(dòng)物的平滑肌組織中[9]。事實(shí)上，其mRNA水平在含有大量平滑肌的成年人類(lèi)組織中是最高的，如子宮、膀胱、胃和前列腺[2][5]。同時(shí)，它還在含有少量或不含平滑肌的成年組織中有所表達(dá)，包括脊椎、腎上腺[2]和心臟[2][5]。膠轉(zhuǎn)蛋白的表達(dá)是平滑肌分化的一個(gè)最早的標(biāo)志物。事實(shí)上，這些研究區(qū)分了膠轉(zhuǎn)蛋白表達(dá)的時(shí)間和空間模式。由TAGLN啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的β-半乳糖苷酶報(bào)告基因的表達(dá)表明啟動(dòng)子在胚胎(E)發(fā)育第9.5天是活躍的[10]。在發(fā)育的脈管系統(tǒng)和心肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了膠轉(zhuǎn)蛋白的表達(dá)，但在Xu , Ho, Ritchie , &Li[11]先前報(bào)道的體節(jié)中未發(fā)現(xiàn)膠轉(zhuǎn)蛋白的表達(dá)。胚胎發(fā)育和新生兒成長(zhǎng)整個(gè)過(guò)程中心臟和動(dòng)脈系統(tǒng)的啟動(dòng)因子活性一直保持著，之后活性降低。靜脈和內(nèi)臟平滑肌中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的報(bào)告基因表達(dá)[11]。與之相對(duì)比，Lepore等[10]研究的小鼠中膠轉(zhuǎn)蛋白啟動(dòng)因子報(bào)告基因在動(dòng)脈和靜脈系統(tǒng)平滑肌發(fā)育以及內(nèi)臟平滑肌發(fā)育的最后階段表現(xiàn)出啟動(dòng)因子活性。這種表達(dá)形式在成年期仍維持著，在膀胱、支氣管、胃和腸以及心肌細(xì)胞的平滑肌中有明顯的表達(dá)[10]。這些研究之間存在的差異可能是來(lái)源于啟動(dòng)因子的結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)因子的作用是驅(qū)動(dòng)β-半乳糖苷酶報(bào)告基因的表達(dá)。人類(lèi)(和鼠)膠轉(zhuǎn)蛋白基因啟動(dòng)因子區(qū)域在bp282和bp156位點(diǎn)含有兩個(gè)CArG盒[5](圖1a；Camoretti-Mercado等，1998)。CArG盒是一種同側(cè)作用調(diào)整元素，含有的共有序列CC(A/T)6GG為血清感應(yīng)因子提供一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)[12]。-283CArG盒子看起來(lái)是不需要的，因?yàn)樵谌祟?lèi)這個(gè)區(qū)域的缺失助催化劑不影響重要的或血清誘導(dǎo)的助催化劑的活性。的確，Xu等[11]使用的含有膠轉(zhuǎn)蛋白轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)位點(diǎn)445bp上游區(qū)域的膠轉(zhuǎn)蛋白啟動(dòng)因子構(gòu)成部分足以驅(qū)動(dòng)動(dòng)脈的表達(dá)，但無(wú)法驅(qū)動(dòng)內(nèi)臟中的表達(dá)。不過(guò)，存在細(xì)菌人造染色體克隆的轉(zhuǎn)基因小鼠中，在E13.5可看到動(dòng)脈、靜脈和內(nèi)臟平滑肌中膠轉(zhuǎn)蛋白的表達(dá)，其中人造染色體克隆能生成人膠轉(zhuǎn)蛋白基因[11]。同樣，平滑肌豐富的組織中也出現(xiàn)這種轉(zhuǎn)基因的表達(dá)，但心臟中的表達(dá)比較弱。該事實(shí)表明Lepore等[10]人使用的小鼠構(gòu)想中，血管平滑肌中膠轉(zhuǎn)蛋白在空間和時(shí)間上的完全表達(dá)所需要的是調(diào)節(jié)元素而不是CArG。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)在平滑肌細(xì)胞基因的表達(dá)和分化中也起到了很重要的作用。已知TGF-β用來(lái)誘導(dǎo)膠轉(zhuǎn)蛋白的表達(dá)并部分處于啟動(dòng)因子區(qū)域的TGF-β控制元素(TCE)的控制之下[13]。具有同樣表現(xiàn)的是一些Smad結(jié)合位點(diǎn)[14](2003)。TGF-β的信號(hào)傳遞是通過(guò)受體的磷酸化作用實(shí)現(xiàn)的，而受體與信號(hào)傳導(dǎo)蛋白R(shí)-Smads具有相關(guān)性。含有細(xì)胞質(zhì)Smads的磷酸化的R-Smads heterodimerise傳送至細(xì)胞核中，并在此通過(guò)Smas結(jié)合元素(SBE)誘導(dǎo)或抑制基因的表達(dá)。其中SBE存在于膠轉(zhuǎn)蛋白基因外顯子1的5'-UTR上[14][15]。這種基礎(chǔ)元素是膠轉(zhuǎn)蛋白通過(guò)Smad-3結(jié)合表達(dá)時(shí)TGF-β感應(yīng)所必須的具備的[15]。有趣地是，CArG盒型血清反應(yīng)聯(lián)合催化劑、心肌蛋白增強(qiáng)了獨(dú)立于CArG盒之外的膠轉(zhuǎn)蛋白表達(dá)的Smad-3活性?？雌饋?lái)平滑肌細(xì)胞之外的膠轉(zhuǎn)蛋白的表達(dá)是受TGF-β的驅(qū)動(dòng)。

很多實(shí)驗(yàn)組都沒(méi)有成功證明出平滑肌之外的膠轉(zhuǎn)蛋白表達(dá)[2]。事實(shí)上，這一觀點(diǎn)可有前面描述的轉(zhuǎn)基因報(bào)告小鼠研究來(lái)證明。然而，在這些小鼠中，外顯子1的SBE被排除在啟動(dòng)因子構(gòu)造之外。因此，將無(wú)法觀察到TGF-β驅(qū)動(dòng)的膠轉(zhuǎn)蛋白表達(dá)現(xiàn)象。已知TGF-β能增加成人前列腺[16]間充質(zhì)細(xì)胞以及正常間充質(zhì)細(xì)胞和纖維母細(xì)胞[2][17]中膠轉(zhuǎn)蛋白的mRNA。同時(shí)還鑒定出腸上皮細(xì)胞、血管上皮細(xì)胞、胸導(dǎo)管上皮細(xì)胞和前列腺上皮細(xì)胞中有膠轉(zhuǎn)蛋白的表達(dá)[18]。我們也發(fā)現(xiàn)前列腺上皮干細(xì)胞和一些前列腺癌細(xì)胞型中有膠轉(zhuǎn)蛋白的表達(dá)。

3 Transgelin的生物學(xué)功能

膠轉(zhuǎn)蛋白是一種肌動(dòng)蛋白壓力纖維素相關(guān)的蛋白質(zhì)[2]，與凝膠劑起反應(yīng)并能穩(wěn)定體外的肌動(dòng)蛋白凝膠劑。它還與平滑肌中的激動(dòng)蛋白絲有相關(guān)性[21]。考慮到膠轉(zhuǎn)蛋白是一種最早的平滑肌細(xì)胞分化標(biāo)志物且其與肌動(dòng)蛋白有關(guān)，很久之前就假設(shè)它有調(diào)節(jié)這些細(xì)胞發(fā)育和收縮的功能。但是，無(wú)膠轉(zhuǎn)蛋白(SM22α-/-)的小鼠能正常發(fā)育、繁殖，且沒(méi)有出現(xiàn)血壓、心率、組織學(xué)或組織形態(tài)學(xué)上的任何改變[22]。不過(guò)，對(duì)無(wú)膠轉(zhuǎn)蛋白小鼠血管平滑肌的進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)小鼠對(duì)興奮劑-誘導(dǎo)的、鈣獨(dú)立收縮的收縮性反應(yīng)度增加[23][24]。膠轉(zhuǎn)蛋白可能也涉及到細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。膠轉(zhuǎn)蛋白也可能與細(xì)胞的移動(dòng)有關(guān)。已證明其與肌動(dòng)蛋白絲束的一種特異性亞群有關(guān)聯(lián)，而肌動(dòng)蛋白絲束足體會(huì)形成足體[21]。該事實(shí)表明鈣調(diào)蛋白的缺失能引起鈣調(diào)蛋白與膠轉(zhuǎn)蛋白轉(zhuǎn)化率的較低，從而有利于足體的形成并致使細(xì)胞向侵略性、惡性細(xì)胞方向發(fā)展。最近的證據(jù)表明某些細(xì)胞中的腫瘤抑制功能與膠轉(zhuǎn)蛋白有關(guān)，而與細(xì)胞骨架本身沒(méi)有關(guān)系。在前列腺腫瘤細(xì)胞中，已顯示膠轉(zhuǎn)蛋白能通過(guò)阻止雄性激素受體聯(lián)合活化劑與雄性激素受體的結(jié)合來(lái)抑制雄性激素所刺激的細(xì)胞生長(zhǎng)，以及隨后向細(xì)胞核的移位[20]。膠轉(zhuǎn)蛋白也有抑制間質(zhì)金屬蛋白酶MMP-9表達(dá)的作用[25]。MMP-9涉及到組織的重組過(guò)程，而組織的重組導(dǎo)致癌癥細(xì)胞的移動(dòng)和對(duì)周?chē)M織的侵犯。

4 Transgelin在病理學(xué)中的作用

越來(lái)越明顯的是膠轉(zhuǎn)蛋白可能存在抑制腫瘤的作用。細(xì)胞骨架肌動(dòng)蛋白纖維的分解是癌癥細(xì)胞表型發(fā)展的一個(gè)基本證據(jù)。一些蛋白質(zhì)結(jié)合肌動(dòng)蛋白后形成交聯(lián)，增加蛋白絲的硬性，防止其出現(xiàn)去極化，并使蛋白絲凝結(jié)為應(yīng)力纖維。正如RNA和DNA病毒的永生狀態(tài)和轉(zhuǎn)錄一樣，含TGB-β的細(xì)胞孵化的延長(zhǎng)減少了應(yīng)力纖維的形成，阻礙了細(xì)胞的移動(dòng)，并抑制了膠轉(zhuǎn)蛋白的表達(dá)[25]。乳腺癌和結(jié)腸癌[17][26]以及前列腺癌[20]中膠轉(zhuǎn)蛋白的表達(dá)下降。已清楚知道的是前列腺癌對(duì)TGB-β不敏感，且在前列腺、乳腺和結(jié)腸癌中MMP-9膠轉(zhuǎn)蛋白的表達(dá)下降。因此，膠轉(zhuǎn)蛋白表達(dá)的缺失能夠解釋腫瘤中某些癌癥細(xì)胞標(biāo)志物的發(fā)展。同樣，膠轉(zhuǎn)蛋白可能會(huì)對(duì)這些常見(jiàn)癌癥介入治療的發(fā)展提供一定的目標(biāo)。

[1] Lees-Miller,J.P.,Heeley,D.H.,&Smillie,L.B.An abundant and novel protein of 22kDa(SM22) is widely distributed in smooth muscles[J].Biochem,1987，244：705-709.

[2] Lawson,D.,Harris,M.,&Shapland,C,.Fibroblast transgelin and smooth muscle SM22α are the same protein,the expression of which is dowm regulated in many cell lines[J].Cell Motil.Cytoskel,1997，38：250-257.

[3] Ayme-Southgate,A.,Lasko,P.,French,C.,&Purdue,M.L.Characterization of the gene for mp20:A Drosophila muscle[J].Cell Biol，1989.,108：521-531

[4] Goetnik,S.,& Waterson,R.H.The caenothabditis elegans muscle-affecting gene unc-87 encodes a novel thin filament-associated proten[J].Cell Biol，1994,127：79-93.

[5] Camoretti-mercado,B.,Forsythe,S.M.LeBeau,M.M,Espinosa,R.,Vieira,J.E.,Halayko,A.J.,etal . Expression and cytogenetic localization of the human SM22 gene (TAGLN)[J].Genomics,1998，49：452-457.

[6] Fu,Y.,Liu,H.W.,Forsythe,S.M.,Kogut,P.,McConville,J.F.,Halayko, A,J.,etal.mutagenesis analysis of human SM22:Characterisation of action binding[J].Appl.Physiol，2000,89：1985-1990.

[7] Danninger,C.,& gimona,M. Live dynamics of GFP-().calponin:Isofrom-specific modulation of the actin cytoskeleton and autoregulation by C-terminal sequences[J].Cell Sci，2000,113：3725-3736

[8] Gimona,M.,Sparrow,M.P.,Strasser,P.,Herzog,M.,& Small,J.V.Calponin and Sm22 isoforms in avian and mammalian smoth muscle-absence of phosphorylation in vivo[J].Eur.Biochem，1992,205：1067-1075

[9] Less-Miller,J.P.,Heeley,D.H.,Smillie,L.B.,&Kay,C.H.Isolation and characterization of an abundant and novel 22kDa protein(SM22)from chicken gizzard smooth muscle[J].Biol.Chem，1987,262：2988-2993.

[10] Lepore,J.J.,Cheng,L.,Lu,M.M.,Mericko,P.A.,Morrisey,E.E.,&Parmacek,M.S.High-efficiency somatic mutagenesis in smooth muscel cells and cardiac myocytes in SM22α-Cretransgenic mice[J].Genesis,2005，41：179-184.

[11] Xu,R.,Ho,Y.-S.,Ritchie,R.P.,& Li,L.Human SM22αBAC encompasses regulatory sequences for expression in vascular and visceral smooth muscles at fetal and adult stages[J].Am.Heart Circ.Physiol.2003,284：H1398-H1407.

[12] Shore,P.,& Sharrocks,A.D.The MADS-box family of transcription factors[J].Eur.Biochem.1995,229：1-13

[13] Adam，P.J.,Regan,C.p.,Hautmann,M.B.,&Owens,G.K.Positive and negative-acting Kruppel-like transcription factor bind a transcription factor β control element required for expression of the smooth muscle cell differentiation marker SM22α in vivo[J].Biol.Chem，2000,275：37798-37806.

[14] Chen,S.,Kulik,M.,& Lechleider, R.J.Smad proteins regulate transcriptionl induction of the SM22() gene by TGF[J].Nucleic Acids Res，2003,31：1302-1310

[15] Qiu,P.,Richie,R.P.,Fu,Z.,Cao.,D.S.,Cumming,J.,Miano,J.M.,et al..Myocardin enhances Smad3-mediated transforming growth factor-β1 signaling in a CArG box-independent manner[J].Cric.Res,2005,97：983-991.

[16] Untergasser,G.,Gander,R.,Lilg,C.,Lepperdinger,G.,Plas,E.,&Berger,P..Profilingmoleculartargetsof TGF-β1 in prostate fibroblast-to-myofibroblast transdifferentiation.[J]Mech.Age Dev，2005,126：59-69.

[17] Shislds.J.M.,Rogers-Graham,K.,& Der,C.J.Loss of transgelin in breast and colon tumours and in RIE Cells by rasderegulation of gene expression through raf-independent pathways[J].Biol.Chem，2002,277：9790-9799.

[18] Ogawa,A.,Sakatsume,M.,Wang,X.Z.,Sakamaki,Y.,Tsubata,Y.,Alchi,B.,et al. SM22 alpha:The novel phenotype marker of injured epithelial cells in anti-glomerular basement membrane nephritis[J].Nephron Exp.Nephrol，2007,106：77-87.

[19] Wulfkuhle,J.D.,Sgroi,D.C.,Krutzsch,H.,Maclean,K.,McGarvey,K.,Knowlton,M.,etal.Proteomics of human ductal carcinoma in situ[J].Cancer Res，2002,62：6740-6749.

[20] Yang,Z.,Chang,Y.-J.,Miyamoto,H.,Ni,J.,Niu,Y.J.,Chen,Z.D.,et al.Transgelin functions as a suppressor via inhibition of ARA54-enhanced androgen receptor transactivation and prosatate cancer cell growth[J].Mol.Endocrinol，2007,21：343-358.

[21] Gimona,M,Kaverina,I.,Resch,G.P.,Vignal,E.,&Burgstaller,G.Calponin repeats regulate actin filament stability and formation of podosomes in smooth muscle cells[J].Mol.Biol.Cell,2003，14：2482-2491.

[22] Zhang,J.C.L.,Kim,S.,Helmke,B.P.,Yu,W.W.,Du,K.L.,Lu,M.M.,et al.Analysis of SM22α-deficient mice reveals unanticipated insights into smooth muscle cell differentiation and function[J].Mol.Cell Biol，2001,21：1336-1344.

[23] Zeidan,A.,Sward,K,Nordstrom,I.,Ekblad,E.,Zhang,J.C.L.,Parmacek,M.S.,et al.Ablation of SM22 alpha decreases contractility and actin contents of mouse vascular smooth muscle[J].FEBS Lett，2004,562：141-146.

[24] Je,H.D.,& Sohn,U.D.Sm22alpha is required for agonist induced regulation of contractility:Evidence from SM22alph knockout mice[J].Mol.Cells,2007，23：175-181.

[25] Nair,R.J.,Solway,J.,&Boyd,D.D.Expression cloning identifies transgelin(SM22) as a novel repressorof 92-kDa type IVcollagenase(MMP-9)expression[J].Biol.Chem，2006,281：26424-26436.

[26] Kaplan-Alberquerque,N.,Garat,C.,Van Putten,V.,& Nemenoff ,R.A.Regulation of SM22α expression by argentine vasopressin and PDGF-BB in vascular smooth muscle cells[J].Am.J.Physiol.Heart Circ.Physiol，2003,285：H1444-H1452.