类胰岛素生长因子结合蛋白3(IGFBP-3)的作用机制及功能进化研究
IGF结合蛋白3(IGFBP-3)是一种细胞外分泌蛋白,它能结合IGF并调控IGF信号。IGFBP-3在培养的哺乳动物细胞中还表现出配体非依赖的功能。除了IGF结合域(IBD),哺乳动物IGFBP-3还有一个核定位信号(NLS)和转录激活域(TA)。但是,IGFBP-3的这些结构域的体内功能尚不明确。本研究显示这些结构域在斑马鱼IGFBP-3中也是保守的,并构建了数个IGFBP-3突变体来研究这些结构域的功能。IBD突变体不能结合IGF-1但核定位正常;NLS突变体核定位能力大大削减,但能与IGF正常结合;IBD和NLS双突变体则核定位和结合IGF都受影响;另外,还确定了斑马鱼IGFBP-3的转录激活结构域(TA)的重要氨基酸并构建了TA突变体。当在斑马鱼中过表达IGFBP-3的各种突变体时,野生型IGFBP-3,及NLS和TA突变体都能明显地使斑马鱼胚胎背部化;IBD和IBD+NLS突变体的活性略为下降。这些实验表明IGFBP-3可以通过IGF依赖/非依赖性的方式发挥作用,而且IGF非依赖性作用与其核定位和转录激活功能无关。由于IGFBP-3引起的表型与bmp2b的突变体swirl相似,为了研究IGFBP-3是否可以拮抗BMP信号通路,将斑马鱼Bmp2b与IGFBP-3和IBD突变体进行了共表达。在体内IGFBP-3和IBD突变体都减弱了Bmp2b引起的腹部化,并能减弱由Bmp2b诱导的下游基因tp63的表达。在斑马鱼中过表达IGFBP-3和IBD,可以上调chordin的表达。共过表达IGFBP-3和Chordin可以增强斑马鱼胚胎的背部化。体外试验证实,IGFBP-3可以结合BMP-2,抑制由BMP-2诱导的Smadl/5/8的磷酸化。而且,向C3H/10T1/2细胞中添加人的IGFBP-3与BMP-2可以抑制由BMP-2诱导的成骨细胞分化。这些结果表明IGFBP-3能结合BMP-2并且抑制BMP信号的作用。
脊椎动物在进化过程中经历了2次全基因组倍增事件(2R假说),七鳃鳗在进化地位上是处于2次基因组倍增之间的、现存的最早的脊椎动物之一。本论文从古老的无颌类七鳃鳗(Petromyzon marinus)中克隆得到了一个Igfbp-3基因,它可编码6种ORF。其中IGFBP-3 ORF1含有IBD、NLS和TA,它能以与IGF结合,定位于细胞并且其N-端结构域具有转录激活活性。显微注射IGFBP-3ORF1的mRNA可使斑马鱼的胚胎背部化,这种背部化作用部分是IGF非依赖性的,但不依赖于核定位信号和转录激活结构域。IGFBP-3 ORF1还能以IGF非依赖的方式抑制肚flk1:EGFP转基因斑马鱼的血管生成。将IGFBP-3 ORF1以及它的IGF结合突变体的mRNA分别与Bmp2b的mRNA显微共注射发现,IGFBP-3ORFl能以IGF非依赖性地拮抗:BMP信号通路,而且IGFBP-3 ORF1能以IGF非依赖的方式直接抑制BMP信号通路下游基因tp63 mRNA的表达。但是,七鳃鳗IGFBP-3的其它ORF并没有上述功能。进一步序列分析发现,从已克隆的和预测的多种物种的IGFBP-3都含IGF结合结构域、核定位信号和转录激活结构域,而且人的IGFBP-3在斑马鱼中过表达也可以引起胚胎的背部化并能抑制BMP信号通路。
总之,IGFBP-3含有保守的有功能的IBD、NLS和TA。过表达IGFBP-3能引起斑马鱼胚胎的背部化,并能抑制斑马鱼胚胎的血管生成。IGFBP-3通过拮抗BMP信号来发挥它的IGF非依赖性作用。而且,IGFBP-3的功能在进化上是非常保守的。
斑马鱼;七鳃鳗;类胰岛素生长因子结合蛋白3;功能进化
中国海洋大学
博士
药物化学
段存明
2010
中文
Q51
140
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）