转录因子.doc

1、角朊细胞百科名片角朊细胞的增殖和分化是一个受到精细调节的过程，并伴随着一系列形态学和生化改变，最终形成角质细胞，这就必然涉及到许多结构基因的同时活化与灭活，即基因表达的调控，而转录水平的调控尤为重要。现已发现许多转录因子如 AP1、AP2、Sp1、POU 结构域及 C/EBP 等可调节角朊细胞基因的表达。目录简介 转录因子的一般特征 激活角朊细胞基因表达的转录因子 抑制角朊细胞基因表达的转录因子 其他转录因子 组合调控 结束语 主要缩写简介 转录因子的一般特征 激活角朊细胞基因表达的转录因子 抑制角朊细胞基因表达的转录因子 其他转录因子 组合调控 结束语 主要缩写展开编 辑 本 段 简 介表

2、皮 是 人 体 的 第 一 道 防 护 屏 障 ， 其 主 要 组 成 细 胞 为 角 朊 细 胞 ， 为 了 完 成其 屏 障 功 能 ， 角 朊 细 胞 必 须 进 行 复 杂 而 且 受 到 严 密 调 控 的 分 化 过 程 ， 最 终 形成 包 括 基 底 层 、 棘 层 、 颗 粒 层 、 透 明 层 及 角 质 层 的 复 层 结 构 1。 表 皮 各 层细 胞 在 形 态 学 和 生 化 水 平 均 有 差 异 ， 如 在 棘 层 与 颗 粒 层 表 达 的 蛋 白 在 基 底 层中 却 缺 如 ， 这 主 要 是 与 角 朊 细 胞 分 化 过 程 中 特 定 时 间 内 基

3、 因 的 “开 ”（ 激活 ） 或 “关 ”（ 灭 活 ） 有 关 ， 因 此 近 10 年 来 角 朊 细 胞 的 基 因 调 控 已 成 为 角朊 细 胞 生 物 学 研 究 的 热 点 之 一 2。 基 因 调 控 可 分 为 几 个 层 次 ： 转 录 水 平 、翻 译 水 平 及 翻 译 后 水 平 ， 其 中 最 常 见 的 调 控 方 式 就 是 转 录 调 控 。 现 已 发 现AP1、 AP2、 NF B、 C/EBP、 ets、 Sp1 及 POU 结 构 域 等 转 录 因 子 可 作 为 表 皮中 的 调 控 蛋 白 ， 从 而 调 节 编 码 套 膜 蛋 白 （ in

4、volucrin, iNV） 、 转 谷 氨 酰 胺 酶 （ transglutaminase， TG） 、 SPRR2A、 兜 甲 蛋 白（ loricrin） 、 角 蛋 白 及 BPAG1 等 蛋 白 的 基 因 的 表 达 。 本 文 就 与 角 朊 细 胞 基因 表 达 有 关 的 转 录 因 子 作 一 简 要 综 述 。 编 辑 本 段 转 录 因 子 的 一 般 特 征转 录 因 子 （ transcription factor） 是 能 与 位 于 转 录 起 始 位 点 上 游50 5000bp 的 顺 式 作 用 元 件 （ cis-acting elements） 、

5、沉 默 子 （ silencer） 或 增 强 子 （ enhancer） 结 合 并 参 与调 节 靶 基 因 转 录 效 率 的 一 组 蛋 白 ， 并 能 将 来 自 细 胞 表 面 的 信 息 传 递 至 核 内 基因 。 转 录 因 子 通 常 有 几 个 功 能 域 ， 可 分 为 DNA 结 合 域 、 转 录 调 控 域 及 自 身活 性 调 控 域 ， DNA 结 合 域 可 与 特 定 的 DNA 序 列 （ 一 般 长 8 20bp） 相 互 作 用 ，使 转 录 因 子 与 靶 基 因 结 合 起 来 ， 随 之 转 录 调 控 域 就 可 发 挥 其 激 活 或 抑

6、制 作 用 ，通 常 这 些 结 构 域 在 结 构 与 功 能 上 是 独 立 分 开 的 。 不 同 的 转 录 因 子 还 可 结 合 于紧 密 相 邻 的 DNA 序 列 而 形 成 一 种 多 聚 体 结 构 来 调 节 基 因 表 达 ， 这 种 组 合 调 控（ combinatorial regulation） 不 论 转 录 因 子 是 否 激 活 及 其 含 量 多 少 均 可 激 活 基 于 靶 基 因中 特 定 转 录 因 子 结 合 位 点 的 转 录 。 除 启 动 基 础 转 录 活 性 外 ， 转 录 因 子 还 能 整合 从 细 胞 表 面 经 信 号 转 导

7、 途 径 传 递 而 来 的 信 号 2。 编 辑 本 段 激 活 角 朊 细 胞 基 因 表 达 的 转 录 因 子（ 一 ） AP1AP1 转 录 因 子 通 常 以 jun(c-jun、 junB、 junD)与 Fos（ Fra-1、 Fra-2、 c-fos、 fosB） 家 族 成 员 组 成 的 同 源 或 异 源 二 聚 体 表 达 其 活 性 ， 即 结 合 于5-GTGAGCTCAG-3序 列 。 目 前 已 知 AP1 位 点 对 于 编 码 角 蛋 白（ K1、 K5、 K6 及 K19） 、 丝 聚 合 蛋 白 原 （ profilaggrin） 基 因 的 最 适

8、转 录活 性 十 分 重 要 3,7， 编 码 角 质 化 包 膜 （ cornified envelope） 相 关 蛋 白 -TG1、 兜 甲 蛋 白 及 INV 的 基 因 也 含 有 功 能 性 AP1位 点 8， 9， 如 hINV 基 因 启 动 子 在 其 转 录 起 始 位 点 上 游 2.5kb 内 有 5 个AP1 共 有 结 合 位 点 （ AP1-1 5） ， 其 中 2 个 AP1 位 点 AP1-1 和 AP1-5 若 同时 发 生 突 变 时 角 朊 细 胞 的 转 录 水 平 就 可 下 降 80%； 佛 波 酯 （ TPA） 则 可 使AP1 与 hINV 启

9、 动 子 处 AP1-1 及 AP1-5 位 点 的 结 合 能 力 增 强 10 100 倍 ， 后经 点 突 变 实 验 证 实 AP1-1 和 AP1-5 位 点 可 部 分 介 导 佛 波 酯 （ TPA） 诱 导 的 效应 10。 丝 聚 合 蛋 白 原 、 K1、 兜 甲 蛋 白 及 K19 基 因 中 的 AP1 位 点 可 活 化 转录 3,6,7， 单 层 上 皮 角 蛋 白 K8 和 K18 基 因 的 最 适 转 录 活 性 也 有 赖 于 AP1位 点 2。 在 人 乳 头 瘤 病 毒 （ HPV） 16 和 HPV18 的 上 游 调 节 区 中 也 有 功 能 性A

10、P1 位 点 11,12。 从 已 有 实 验 资 料 来 看 ， AP1 的 作 用 特 点 有 ： AP1 可 作为 基 因 表 达 的 活 化 蛋 白 ； AP1 的 活 化 作 用 并 不 仅 仅 限 于 某 一 类 角 朊 细 胞 基因 或 编 码 某 一 特 定 蛋 白 的 基 因 ； 不 同 的 AP1 家 族 成 员 可 调 节 不 同 的 角 朊细 胞 基 因 ， 如 junB、 junD 和 Fra-1 可 调 节 INV 的 表 达 10， c-jun 和 c-fos 可 调 节 丝 聚 合 蛋 白 原 基 因 在 角 朊 细 胞 内 的 特 异 性 转 录 7， 而 j

11、unB 和junD 对 于 HPV18 的 组 织 特 异 性 表 达 也 较 重 要 12； AP1 作 用 的 靶 位 点 可位 于 结 构 基 因 的 上 游 、 下 游 及 内 含 子 中 ， 如 K19 基 因 的 3增 强 子 含 有AP1 结 合 位 点 ， 牛 KS 基 因 的 AP1 元 件 位 于 5上 游 区 ， 而 K18 基 因 的 第 1 个 内 含 子 中就 含 有 1 个 保 守 的 AP1 结 合 位 点 2,4.6。 与 此 同 时 ， AP1 在 表 皮 中 的 表 达 类 型 也 受 到 研 究 者 的 重 视 ， 因 为 转 录 因子 的 分 布 是

12、决 定 靶 基 因 表 达 类 型 的 重 要 因 素 。 实 验 证 实 第 一 AP1 家 族 成 员均 有 各 自 特 异 的 时 间 与 空 间 表 达 类 型 ， 在 人 包 皮 表 皮 处 ， c-fos、 Fra-1及 c-jun 表 达 于 棘 层 和 （ 或 ） 颗 粒 层 ， 而 fosB、 Fra-2、 junD 表 及 junB则 可 见 于 基 底 层 和 基 底 层 上 的 细 胞 13。 在 小 鼠 中 ， junD 和 Fra-1 表 达 于棘 层 而 Fra-2 和 junB 则 可 表 达 于 颗 粒 层 14， 这 种 表 达 类 型 的 差 异 提 示

13、不同 的 AP1 因 子 可 调 节 不 同 分 化 时 期 的 角 朊 细 胞 的 基 因 表 达 。 此 外 ， 靶 基 因 启动 子 内 的 AP1 位 点 也 可 区 分 不 同 的 AP1 成 员 ， 如 hINV 基 因 中 AP1 位 点 可 结合 Fra-1、 junB 及 junD10， 丝 聚 合 蛋 白 原 基 因 AP1 位 点 可 被 c-fos 与c-jun 以 一 种 依 赖 于 DNA 结 合 位 点 的 方 式 激 活 7， 而 HPV18 的 AP1 位 点 则可 结 合 junB 和 junD12。 其 他 可 能 与 基 因 表 达 类 型 有 关 的

14、因 素 有 A7P-1表 达 于 胞 浆 抑 或 胞 核 及 其 活 化 是 否 需 要 共 价 修 饰 。 （ 二 ） AP2AP2 转 录 因 子 的 DNA 结 合 域 位 于 其 羧 基 末 端 并 含 有 一 个 二 聚 化 的 结 构 域 ，其 氨 基 末 端 富 含 脯 氨 酸 ， 这 一 区 段 对 于 转 录 活 化 是 必 需 的 。 AP2 作 用 时 以同 源 二 聚 体 形 式 与 富 含 GC 的 共 有 结 合 位 点 （ 5-GN4GGG-3） 相 结 合 2。AP2 可 作 为 hINV 基 因 表 达 的 转 录 活 化 蛋 白 ， 而 在 hINV 启 动

15、 子 近 侧 调 节 区（ PRR） 的 AP2 位 点 则 可 抑 制 启 动 子 的 活 性 15。 远 侧 启 动 子 中 的 AP2 样 位点 也 是 一 种 转 录 激 活 物 ， 其 可 与 角 朊 细 胞 分 化 因 子 （ KDF-1） 结 合 而 促 进hINV 依 赖 分 化 的 表 达 16。 此 外 ， 在 表 达 于 非 洲 爪 蟾 表 皮 的 63kD 角 蛋 白基 因 、 人 K14 基 因 、 K5 基 因 、 TG1 基 因 及 BPAG1 基 因 中 已 鉴 定 出 功 能 性AP2 位 点 2， 17， 18。 与 AP1 不 同 ， AP2 位 点 均

16、位 于 靶 基 因 的 上 游 调 节 区中 。 K14 基 因 启 动 子 中 AP2 位 点 的 突 变 可 导 致 转 录 活 性 丧 失 2， 瞬 时 转 染试 验 表 明 在 距 TG1 基 因 转 录 起 始 位 点 约 0.5kb 处 有 3 个 AP2 样 应 答 元 件 ，其 中 2 个 是 功 能 性 的 17。 因 为 AP2 可 表 达 于 表 皮 细 胞 系 ， 所 以 AP2 还 可能 是 表 皮 发 育 过 程 中 基 因 转 录 的 活 化 蛋 白 。 （ 三 ） Sp1Sp1 转 录 因 子 是 一 种 含 有 锌 指 结 构 、 序 列 特 异 性 的 DN

17、A 结 合 蛋 白 ， 含有 A、 B、 C、 D4 个 结 构 域 。 Sp1 可 与 GC 盒 共 有 序 列 5-GGGCGG-3相 结 合 ，并 可 与 其 他 转 录 因 子 一 起 参 与 基 因 表 达 的 共 同 调 控 2。 现 已 发 现 在 几 个 表达 于 角 朊 细 胞 的 基 因 中 存 在 着 功 能 性 Sp1 结 合 位 点 。 在 人 3 型 转 谷 氨 酰 胺酶 （ TG3） 基 因 中 ， Sp1 可 与 相 邻 的 ets 因 子 结 合 位 点 （ EBS） 协 同 作 用 ， 激 活 TG3 启 动 子 的 表 达 19。 在hINV 基 因 中

18、， Sp1 位 点 则 可 与 AP1-5 协 同 作 用 而 激 活 转 录 ， 这 2 个 位 点 均于 转 录 起 始 位 点 上 游 2kb 的 1 个 增 强 子 元 件 中 20。 HPV16 早 期 区 基 因 可表 达 于 复 层 上 皮 ， 其 上 游 调 节 区 也 含 有 Sp1 位 点 2。 在 兔 K3 基 因 中 ， 其长 约 300bp 的 5上 游 调 节 区 可 启 动 角 朊 细 胞 的 转 录 ， 经 电 泳 迁 移 率 变 动 分析 及 紫 外 线 交 联 分 析 发 现 此 区 域 内 Sp1 样 结 合 位 点 ， 若 其 发 生 突 变 ， 转 染

19、角 朊 细 胞 的 启 动 子 功 能 可 丧 失 50%21。 近 来 还 发 现 Sp1 可 激 活 SPRR2A 基因 的 表 达 22。 与 AP1、 AP2 一 样 ， Sp1 也 是 表 皮 基 因 转 录 的 正 性 激 活 蛋 白 ，其 所 作 用 的 基 因 可 编 码 不 同 类 型 的 蛋 白 ， 如 角 质 化 包 膜 前 体 蛋 白 和 角 蛋 白 ，这 些 基 因 在 角 朊 细 胞 分 化 过 程 中 的 调 控 类 型 也 有 所 不 同 。 Sp1 与 Sp2、 Sp3及 Sp4 同 属 一 个 家 族 ， Sp3 在 依 赖 周 期 素 激 酶 抑 制 剂

20、p21 的 诱 导 的 小 鼠 角朊 细 胞 分 化 过 程 中 起 着 重 要 作 用 ， 因 为 Sp3 超 表 达 （ over expression） 可 促 进 分 化 过 程 中 启 动 子 的 诱 导 性 ， 若 破 坏 富 含 GC 的 区域 则 可 使 转 录 因 子 结 合 活 性 、 启 动 子 活 性 及 p21 的 诱 导 性 急 剧 下 降 23。 （ 四 ） etsets 因 子 包 括 20 余 种 不 同 的 蛋 白 ， 其 特 征 是 均 具 有 ets 结 构 域 ， 即DNA 结 合 域 。 ets 蛋 白 作 用 时 以 单 体 形 式 存 在 ， 但

21、 往 往 可 与 其 他 转 录 因 子 协同 作 用 。 ets 因 子 对 基 因 表 达 的 调 控 效 应 可 能 是 激 活 也 可 能 是 抑 制 ， 这 可 能有 两 方 面 的 原 因 ： ets 蛋 白 可 与 结 合 于 邻 近 顺 式 作 用 元 件 的 非 Sp1 转 录因 子 相 互 作 用 ； ets 共 有 元 件 周 围 的 DNA 序 列 可 影 响 ets 结 合 DNA 的 能力 3。 已 有 资 料 显 示 在 小 鼠 表 皮 中 可 检 出 ets-1 和 ets-2， 而 且 在TG3、 INV 及 SPRR2A 基 因 启 动 子 中 均 含 有

22、ets 结 合 位 点 ， 其 中 INV 启 动 子近 侧 调 节 区 含 有 2 个 ets 位 点 ， 即 EBS-1 和 E BS-2。 在 SPRR2A、 TG3 启 动 子 及 hINV 启 动 子 EBS-1 中 ets 可 增 强 转 录活 性 15， 19， 22。 编 辑 本 段 抑 制 角 朊 细 胞 基 因 表 达 的 转 录 因 子前 一 部 分 主 要 介 绍 的 是 角 朊 细 胞 基 因 转 录 的 正 性 调 控 因 子 ， 但 角 朊 细 胞基 因 表 达 的 调 控 不 可 能 都 是 激 活 因 素 ， 实 际 上 也 存 在 着 许 多 抑 制 基 因

23、 表 达 的因 子 。 POU 结 构 域 蛋 白POU 蛋 白 可 以 单 体 形 式 与 八 聚 体 结 合 基 序 5-ATGCAAAT-3结 合 而 调节 基 因 转 录 。 已 定 位 于 表 皮 的 POU 因 子 有 Oct-11（ Skn-1a/Epoc-1） 和Oct-6， 其 中 Skn-1a/Skn-1i 仅 表 达 于 毛 囊 间 表 皮 及 毛 皮 质 细 胞 2， 8。 功能 分 析 表 明 POU 结 构 域 蛋 白 （ Oct-1、 Oct-2、 Brn-4、 SCIP、 Skn-1a 及Skn-1i） 可 抑 制 角 朊 细 胞 中 hINV 启 动 子 的

24、转 录 ， 连 续 截 短 hINV 启 动 子5末 端 后 检 测 hINV 启 动 子 活 性 证 实 POU 结 构 域 结 合 位 点 并 不 是 必 需 因 素 ，POU 蛋 白 的 抑 制 作 用 可 能 是 其 通 过 与 TATA 盒 附 近 的 其 他 蛋 白 的 间 接 相 互 作用 所 致 。 除 对 基 础 转 录 有 抑 制 作 用 外 ， POU 转 录 因 子 还 可 抑 制 TPA 介 导 的hINV 启 动 子 活 性 。 与 SCIP 共 转 染 可 使 TPA 刺 激 的 hINV 转 启 动 子 活 性 下 降80%24。 POU 结 构 域 因 子 还

25、 可 抑 制 基 底 层 角 朊 细 胞 中 K5 启 动 子 的 活 性 ，而 Skn-1a 则 可 激 活 K10 和 SPRR2A 启 动 子 2， 由 此 可 见 POU 结 构 域 蛋 白 作用 的 复 杂 性 。 最 近 有 研 究 表 明 Skn-1a、 Tst-1 及 Oct-1 是 表 皮 中 表 达 的 主要 八 聚 体 结 合 蛋 白 ， 经 瞬 时 转 染 试 验 证 实 Skn-1a 和 Tst-1 可 通 过 与 八 聚 体结 合 位 点 相 结 合 而 激 活 表 皮 特 异 性 HPV-1A 的 E6 启 动 子 ， 这 样 就 为 HPV-1A基 因 表 达

26、与 表 皮 分 化 间 建 立 起 一 个 分 子 联 系 （ molecular link） 25。 C/EBPC/EBP 是 一 大 类 转 录 因 子 的 总 称 ， 其 特 点 是 能 结 合 CCAAT 和 病 毒 的 增强 子 ， 常 以 同 源 二 聚 体 及 异 源 二 聚 体 形 式 与 DNA 结 合 ， 并 具 有 亮 氨 酸 拉 链（ leucine zipper） 结 构 域 2。 现 对 C/EBP 在 表 皮 中 的 表 达 知 之 甚 少 ， 仅 有 凝 胶迁 移 率 变 动 分 析 试 验 证 实 C/EBP 家 族 成 员 可 与 INV 启 动 子 近 侧

27、 调 节 区 、HPV11 启 动 子 的 上 游 调 节 区 及 BPV4 长 控 制 区 的 C/EBP 应 答 元 件 相 结 合 。C/EBP 可 激 活 INV 启 动 子 的 转 录 并 可 介 导 依 赖 TPA 的 转 录 活 性 增 强 ， C/EBP可 与 AP1、 ets 及 AP2 因 子 一 起 协 同 调 节 hINV 近 侧 启 动 子 的 转 录 活 性 15。此 外 ， C/EBP 可 与 BPV-4 长 控 制 区 中 的 负 性 调 控 元 件 结 合 ， 使 病 毒 转 录 受 到阻 遏 ， 若 此 应 答 元 件 缺 失 ， 此 段 长 控 制 区 的

28、 增 强 子 活 性 可 增 高 5 倍 26。 编 辑 本 段 其 他 转 录 因 子除 上 述 主 要 的 两 大 类 转 录 因 子 外 ， 还 有 其 他 类 型 的 转 录 因 子 参 与 角 朊 细胞 基 因 表 达 的 调 控 。 K17 基 因 的 上 游 启 动 子 中 有 干 扰 素 激 活 的 STAT 因子 的 结 合 位 点 ， 被 称 为 干 扰 素 活 化 序 列 （ GAS） ， 在 皮 肤 发 生 迟 发 型 接触 性 过 敏 时 ， STAT-91 可 转 位 至 角 朊 细 胞 核 内 与 启 动 子 中 的 GAS 元 件 结 合而 激 活 K17 的

29、表 达 8。 兔 K3 基 因 的 5上 游 序 列 中 则 有 NF B 的 结 合 位点 （ 5GGGCTTTCC-3） ， 瞬 时 转 染 实 验 表 明 NF B 基 序 在 体 外 经 诱 变 后可 使 兔 K3 启 动 子 活 性 丧 失 20%21。 此 外 ， 在 增 生 过 度 的 小 鼠 表 皮 中 还 可检 出 高 水 平 的 同 源 异 型 盒 蛋 白 Hoxb-4、 b-6、 b-7 及 a-1027。 编 辑 本 段 组 合 调 控转 录 因 子 间 的 相 互 协 作 （ 即 组 合 调 控 ） 是 保 证 角 朊 细 胞 基 因 的 组 织 特 异性 表 达 的

30、 重 要 机 制 之 一 ， 因 为 在 上 述 转 录 因 子 中 ， 大 部 分 属 于 遍 在 转 录 因 子（ ubiquitous transcription factor） ， 如 AP1、 Sp1。 在 角 朊 细 胞 基 因 表 达 的 调 控中 组 合 调 控 较 为 常 见 。 编 辑 本 段 结 束 语综 上 所 述 ， 每 一 个 转 录 因 子 家 族 成 员 既 可 调 节 分 化 早 期 基 因 的 表 达 ， 又可 调 节 分 化 后 期 的 基 因 表 达 ， 所 以 在 某 一 分 化 时 期 ， 特 定 的 转 录 因 子 可 选 择性 地 激 活 或 抑

31、 制 特 定 的 基 因 的 表 达 ， 这 就 是 表 皮 各 层 在 形 态 上 逐 渐 发 生 变 化的 分 子 基 础 ； 再 者 ， 虽 然 大 多 数 调 节 元 件 位 于 转 录 起 始 位 点 上 游 ， 但 仍 有 少数 调 节 元 件 ， 尤 其 是 那 些 调 节 发 育 过 程 中 基 因 表 达 的 元 件 则 可 位 于 内 含 子 中及 转 录 终 止 位 点 ； 此 外 ， 在 某 些 角 朊 细 胞 的 基 因 表 达 过 程 中 还 涉 及 到 组 合 调控 。 正 是 由 于 转 录 因 子 在 角 朊 细 胞 基 因 表 达 调 控 中 的 重 要 作 用 ， 我 们 可 以 预 料 今 后 会 在 表 皮 中 鉴 定 出 更 多 的 转 录 因 子 ， 并 逐 步阐 明 其 作 用 机 理 以 及 与 信 号 转 导 途 径 的 关 系 。 编 辑 本 段 主 要 缩 写： INV： 套 膜 蛋 白 ， TG： 转 谷 氨 酰 胺 酶 ， TPA： 佛 波 酯 ， KDF-1： 角 朊 细胞 分 化 因 子 ， EBS： ets 因 子 结 合 位 点