優(yōu)秀核物理學(xué)術(shù)論文(2)
核物理學(xué)術(shù)論文篇二
核被膜核苷三磷酸酶
摘要 核被膜上的核苷三磷酸酶通過提供能量以促進細胞核內(nèi)成熟mRNA從核內(nèi)向胞漿進行轉(zhuǎn)移，這一轉(zhuǎn)運過程是制約細胞成熟mRNA能否表達出蛋白質(zhì)的一重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)已知道調(diào)節(jié)該酶活性的因素除成熟mRNA的poly結(jié)構(gòu)上，還有很多其它的因素。
關(guān)鍵詞：核被膜;核苷三磷酸酶 成熟mRNA核轉(zhuǎn)運
真核細胞核被膜(nuclear envelope)的出現(xiàn)使細胞核內(nèi)DNA的復(fù)制、RNA的轉(zhuǎn)錄從時間和空間上與蛋白質(zhì)的釋放過程徹底分開，因而促進了細胞的進化和功能的完善，但是成熟mRNA必須從細胞核內(nèi)向細胞漿轉(zhuǎn)運(mRNA nucleocytoplasmic transport)才能使mRNA完成其指導(dǎo)蛋白質(zhì)表達的任務(wù)，顯然這一轉(zhuǎn)運過程是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能的重要環(huán)節(jié)。本世紀(jì)50年代，SchnEider在分離的細胞核中加入二磷酸核苷和三磷酸核苷(NDP、NTP)時發(fā)現(xiàn)這些核苷酸會刺激核內(nèi)mRNA的轉(zhuǎn)運，當(dāng)時認(rèn)為這是由于核苷酸螯合了那些能抑制mRNA的轉(zhuǎn)運二價陽離子如鈣、鎂等的結(jié)果，由此而促進了mRNA向胞漿的轉(zhuǎn)運;而Clawson通過核苷酸代謝動力學(xué)和加入各種能量代謝相關(guān)抑制劑的實驗證實所加入的核苷酸主要是利用其高能磷酸鍵來促進mRNA的轉(zhuǎn)運。后來Agutter利用提取的大鼠細胞核膜進行實驗發(fā)現(xiàn)核膜上存在一種核苷三磷酸酶(Nucleoside triphosphatase，NTPase)，該酶通過水解含高能磷酸鍵的核苷酸提供能量以促進mRNA的轉(zhuǎn)運，至此NTPase的 研究 就一直成為了人們研究mRNA跨核被膜轉(zhuǎn)運及釋放表達的焦點[1]。近來，研究發(fā)現(xiàn)NTPase不但存在于核被膜上，在細胞器的其它部位[2]也存在NTPase，在功能上還發(fā)現(xiàn)NTPase及其能量代謝與弓型蟲出入細胞、病毒的感染有關(guān)。
1
(NTPase)是一種在鎂、鈣、錳或鈷二價離子的存在下能水解ATP、2’-dATP、UTP、GTP、CTP、TTP等多種三磷酸核苷端高能β-γ磷酸二脂鍵并釋放出能量的分解酶類，該酶為E.C.3.6.1.4。與通常的ATPase和GT-Pase核苷三磷酸酶不同，作用基質(zhì)范圍更為廣泛，其酶活性能為RNA所刺激，也能為cAMP所調(diào)節(jié)，核被膜上的核苷三磷酸酶具有多種報道形式。例如Agutter在大鼠肝細胞、豬肝細胞和SV40轉(zhuǎn)化小鼠胎3T3細胞中獲得一種鎂離子依賴的NTPase，最適pH為8.0，該酶能被汞、砷、槲皮素、Proflavin和5’-巰基三磷酸腺苷所抑制，高離子強度溶液與超聲波的處理可使酶失活，但作用于任何三磷酸核苷酸基質(zhì)的動力學(xué)性質(zhì)都一樣，核被膜酶的活性符合一級動力學(xué)特點;又如Schroder從大鼠肝細胞核被膜上通過Triton-100膜穩(wěn)定法、三步連續(xù)親和層析與SDS-PAGE鑒定獲得了一種分子量為40kDa的蛋白質(zhì)，該蛋白能水解各種NTP，但水解ATP和GTP的效率高于水解UTP和CTP效率的一倍，能激活該酶的二價陽離子包括Ca、Mn和Mg離子，最適pH偏堿，最適溫度為34℃。
此外，(NTPase)包括大鼠肝細胞核膜NTPase、骨骼肌細胞核膜鈣依賴性NTPase、大鼠心肌細胞核膜鎂離子依賴性NTPase等多種報道形式。其中根據(jù)對鎂和鈣離子的敏感性，可將核苷三磷酶(NTPase)分為不同的亞型，如大鼠心室肌細胞核膜NTPase是鎂離子依賴的。大鼠心肌細胞核膜鎂離子依賴型NTPase對于不同底物，水解活性各不相同，水解活性依次為UTP>GTP>ITP>CTP[3]。
2 核被膜結(jié)構(gòu)、核苷三磷酸酶(NTPase)及成熟mRNA的出核轉(zhuǎn)運
細胞核被膜上大約含有20多種蛋白質(zhì)，占核膜60%～70%;脂質(zhì)以磷脂為主，其中磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸約占總脂質(zhì)35%，核被膜的結(jié)構(gòu)主要可分為內(nèi)外核膜結(jié)構(gòu)、核孔復(fù)合體和核纖層三個部分，無論是核內(nèi)蛋白從胞漿進入細胞核內(nèi)，還是mRNA等從核內(nèi)進入胞漿都要經(jīng)過核孔復(fù)合體，因此核孔復(fù)合體對于胞漿與核內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運都具有十分重要的意義?，F(xiàn)已經(jīng)在核孔復(fù)合體中發(fā)現(xiàn)有Importinβ、RanG tpase、Importinα[4];Rip1、Glel和Nup1[5]等轉(zhuǎn)運相關(guān)蛋白的存在，均與成熟mRNA的出核轉(zhuǎn)運有關(guān)，而核被膜NTPase對于轉(zhuǎn)運提供所需 能源具有特殊的意義。
真核細胞的RNA一般要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工、修飾成為成熟RNA后才能被轉(zhuǎn)運到細胞漿中，并且該轉(zhuǎn)運過程需要能量。由RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的RNA分子(mRNA及snRNA)在轉(zhuǎn)運前必須在核仁內(nèi)進行修飾，即在mRNA的5’端加上m7GpppN帽子結(jié)構(gòu)，3’端加上polyA尾的結(jié)構(gòu)使之變?yōu)槌墒靘RNA，然后成熟mRNA再與含有NRM結(jié)構(gòu)(nucleporin rNA binding motif)的核蛋白結(jié)合并裝配成RNP顆粒(ribonucleoprotEIn，RNP)，其中細胞核內(nèi)能參與結(jié)合mRNA核蛋白包括有hn rNPA1、CBP80和CBP20等。在作核被膜的跨膜轉(zhuǎn)運時，RNP的蛋白部分在核孔復(fù)合體上需要為性質(zhì)完全不同的另一組蛋白質(zhì)如RanGTPase、RCC1和RNA1所取代，形成mRNA復(fù)合物[6]。這里成熟mRNA的polyA結(jié)構(gòu)能激活核孔復(fù)合體上的NT-Pase活性[7]，NTPase所產(chǎn)生的能量促進mRNA通過核孔。因此不具有polyA尾的mRNA分子就無法以這種形式轉(zhuǎn)運，如成年大鼠腦組織中約一半以上的細胞RNA就不是NTPase依賴的方式轉(zhuǎn)運的。最后mRNA復(fù)合物中的mRNA被胞漿中如Rip蛋白所結(jié)合，mRNA上的其它蛋白則返回核內(nèi)。由此可見，成熟mRNA的出核轉(zhuǎn)運是一種耗能且需載體的主動轉(zhuǎn)運過程。
3 (NTPase)活性的調(diào)節(jié)
核被膜上NTPase的活性與核膜結(jié)構(gòu)的完整性息息相關(guān)，因此任何能 影響 細胞核膜結(jié)構(gòu)的因素幾乎都可以影響核膜NTPase活性。膳食中脂肪含量可影響NTPase的活性與核膜中的脂質(zhì)組成及膽固醇含量，喂食高P/S膳食的大鼠肝細胞核膜上C18:2ω6水平增加，NTPase酶活性升高[8];核膜上膽固醇及其氧化產(chǎn)物等均可直接影響NTPase的活性;JCR：LA-cp肥胖大鼠肝細胞核膜上膽固醇含量變化可調(diào)節(jié)其酶的活性[9]。致癌物黃曲霉毒素、DM-NA等低劑量時可使NTPase酶活性增加，而致癌物高劑量時其毒性作用則可掩蓋NTPase酶的活性變化，推測NTPase酶活性變化可能是致癌劑使細胞核膜發(fā)生膨脹的結(jié)果，此可部分解釋某些腫瘤發(fā)生過程中為什么成熟mRNA要發(fā)生轉(zhuǎn)運的增加[10]。同樣細胞核膜上自由基的變化也可影響核被膜NTPase的活性，進而影響成熟mRNA的轉(zhuǎn)運過程。
電鏡和熒光光子漂白掃描技術(shù)證實大鼠肝細胞核膜上存在胰島素結(jié)合位點，胰島素與其核膜上相應(yīng)位點的結(jié)合后，可通過核膜上NTPase酶的活性變化[11]，和核孔actinomyosin樣收縮器的定向作用來 影響 生物大分子包括mRNA在內(nèi)的特異性出核轉(zhuǎn)運;同樣核膜上有甲狀腺素和類固醇結(jié)合位點以及EGF受體，它們在與其配體結(jié)合后，通過核膜空間結(jié)構(gòu)的改變或者通過其它途徑，影響NTPase活性和生物分子的跨核膜轉(zhuǎn)運。6月齡肥胖雌性大鼠肝細胞核膜NTPase酶活性明顯高于相應(yīng)大鼠NT-Pase的活性，且NTPase的Vmax值隨年齡的增加而增加，提示其NTPase活性變化可能是體內(nèi)雌激素經(jīng)核膜受體作用的結(jié)果[12]。
分子生物學(xué)的 發(fā)展 尤其是Northern雜交技術(shù)的簡化使人們能從mRNA水平推測蛋白質(zhì)的表達情況，但是mRNA和蛋白質(zhì)的變化發(fā)展顯然是不平行的。自從細胞核膜NTPase被發(fā)現(xiàn)與確認(rèn)以來，人們越來越感到要 研究 蛋白功能的實驗必須補充了解mRNA的特異轉(zhuǎn)運。Gupta報道大鼠心肌細胞核膜NTPase受去磷酸化作用調(diào)節(jié)[13]，因此由激素或其它因子引起信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，經(jīng)細胞核膜NTPase的活性變化調(diào)節(jié)mRNA的特異轉(zhuǎn)運，可能會成為今后進一步研究代謝調(diào)控的重點。
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