核受体转录辅激活蛋白：结构与功能

«生命的化学»2001年21卷1期

陈  彬  周度金
(第三军医大学生物化学与分子生物学教研室，重庆  400038)

关键词：核受体；辅激活蛋白
中图分类号：Q257

    核受体超家族大体可分为3个亚类：(1)由雌激素(estrogen,ER)、孕激素(progestin,PR)和糖皮质激素(glucocorticoid,GR)等类固醇激素受体构成的I类受体；(2)由甲状腺素(thyroid hormone,TR)、维生素D(vitamin D,VDR)、9-顺/反式视黄酶(9-cis/transretinoic acid,RXR,RAR)等构成的II类受体；(3)天然配体未知或不需要的孤儿受体。三类核受体的作用方式虽然不同，但在结构上却有共同的特点，它们的典型结构分为6个部分，即A、B、C、D和F区。其中，位于A/B区AF-1和位于D区的AF-2结构域，与核受体转录活化密切相关。最近的研究表明核受体除直接参与基础转录机制外，还与一系列有效转录所必需的辅激活蛋白(coactivator)相互作用。

1.  核受体辅激活蛋白及其作用机制

    激活的核受体的作用是引导转录时靶基因启动子上起始前复合物的组装和稳定。这涉及了受体与转录起始前复合物中的许多基础因子和DNA结合转录激活蛋白的功能性相互作用。这些作用是转录必需的但不足以产生转录的精确调节。不同核受体可干扰或压制(squelch)彼此的反式激活作用，这一现象的发现，表明细胞内存在通用的限速因子。许多实验室分离鉴定出大量可与激活受体相互作用的蛋白质，作为核受体的基础转录机制间的桥染分子发挥作用，且调节了不同靶细胞的表达，这些蛋白质被称为“辅激活蛋白”。作为辅激活蛋白必须满足下列标准：(1)可显著增加受体的反式激活作用而不刺激基础转录活性；(2)过表达时，可特异逆转不同受体间的相互抑制；(3)必须含有自主的，可转移的激活域^[1]。

1.1  早期鉴定的转录介导蛋白

    这类辅激活蛋白克隆和鉴定时间在辅激活蛋白发现的初期。包括ERAP160、ERAP140、RIP140、RIP160、RIP80、TRIPs(甲状腺素受体相互作用蛋白)、受体相关蛋白RIP40和糖皮质激素相互作用蛋白GRIP120等，它们虽然得以部分鉴定，然而在报告分析中，RIP140不能显著地辅活化ER、RIP140在酵母细胞中激活GR活性的同时却抑制了哺乳细胞中GR的功能^[2]，故它们在转录调节中的作用到目前尚未完全确定。

1.2  SRC-1家族^[3、4]

    SRC-1(steroid receptor coactivator 1)是用PR为诱饵，用酵母双杂合系统从人cDNA文库克隆并鉴定的160kD的蛋白南，SRC-1满足作为一个辅激活蛋白的典型特征:(1)它可与大量的核受体相互作用，并增强受体的反式激活作用(5~10倍)，表明它是核受体超家族的一个通用限制性因子；(2)SRC-1与两种不同的受体共表达反转了受体间转录的相互抑制或干扰。(3)SRC-1受体相互作用域(SRC-10.8)与SRC-1在受体共转染分析中竞争性共表达，导致了SRC-10.8对反式激活作用的负显性抑制；(4)SRC-1含两个自主的、可转移的激活域，当融合到异源DNA结合域时，它可增强连接在异源顺式元件上基因的表达；(5)加入拮抗剂Ru486消除了SRC-1与PR相互作用和辅激活PR的能力；(6)大鼠SRC-1基因剔除实验表明SRC-1功能的丧失可导致部分的激素抗性，再次证明SRC-1作为核受体辅激活蛋白的必要性。

    SRC-1又命名NCOA-1，后又克隆和鉴定了GRIP-1/TIF2/NCOA-2和P/CIP/ACTR/RAC3/AIB1/TRAM-1/SRC-3，表明“P160”包括了一个结构相关的核受体辅激活蛋白新家族。它们在结构和功能上有许多的共同特征：(1)均具有自主转录激活功能，在众多核受体的转录激活中具有相似性；(2)有一个含bHLH-PAS结构域的N末端区；(3)SRC家族成员中央区均有多个含LXXLL核心重复序列(两侧则为极性保守残基)的高保守模体(motif)，该结构介导了它们与核受体相互作用和转录激活功能。该模体又称为亮氨酸极性结构域(Leucine-charge domains,LCDs)或核受体盒(nuclear receptor box,NR box)。

1.3  辅结合蛋白CBP/P300及其相关因子PCAF

    CBP/P300可与许多不同的转录因子如Jun、Fos、Myb、MyoD、P53、EIF、NF-κB、CREB、STAT-2等相互作用，核受体的有效反式激活也需CBP/P300介导。实验显示CBP可通过配体依赖方式与核受体较弱地相互作用，并增强RXR-介导的反式激活；也可经配体非依赖方式与AR相互作用。CBP/P300的辅激活作用至少涉及两种机制：首先它们能与通用转录因子如TF II B、TBF和RN螺旋酶A相互作用，且CBP是RNA聚合酶II全酶的一种成分。其次它具有内源性组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferase,HAT)活性，且和其它含有HAT活性的蛋白质相联系。正因为CBP/P300在核转录功能中具有如此普遍的作用，故被认为是不同来源信号途径的一个通用性辅激活蛋白，可在通用启动子处结合多种传入信号产生特定的应答作用。CBP/P300还可与另一类辅激活蛋白成员如SRC-1.NCOA-1、TIF2/NCOA-2、P/CIP和ACTR相互作用。这种相互作用的意义被最近的实验所阐明，P300在加速TR激活中除了需要其HAT活性外，还需要SRC-1相互作用域而非核受体相互作用域，这可能是P300发挥作用的一种间接模式^[5]。

1.4  核受体与辅激活蛋白相互作用结构域：LXXLL和AF-2

    核受体的两个AF结构域(AF-1和AF-2)均可独立地发挥反式激活功能，目前鉴定的辅激活蛋白大多数为AF-2依赖性的，研究表明AF-2在介导核受体辅激活蛋白SRC家族如SRC-1，GRIP-1配体依赖性蛋白质-蛋白质相互作用中发挥了关键性作用，配体对核受体-辅激活蛋白相互作用和AF-2模体具有重要影响。AF-2域伴随配体的结合发生了显著的改变。在无配体RXR，含AF-2模体的螺旋12从受体球 形配体结合域(ligand binding domain,LBD)核心伸出；在配体结合受体(如ER,RAR或TR)后，AF-2螺旋折叠到了LBD的表面，从而封闭了疏水的配体结合口袋。辅激活蛋白与核受体的高亲和力相互作用显然需要邻近LBD核心的AF-2螺旋配体介导的重定位。这表明AF-2螺旋虽然是必需的，但它单独并不能完全有效地介导与辅激活蛋白的相互作用。由AF-2结构域和其他暴露的表面结构域共同组成的相互作用表面，才是辅激活蛋白有效相互作用和反式激活所需要的。包绕AF-2核心的可能结构域表面包括H3和H4螺旋表面的暴露残基；H11和H12之间的环；H1和H3之间包括Ω环的区域。TR的X线晶体和功能研究也表明配体结合诱导了螺旋折叠入由螺旋3、4、5构成的一个平台scaffold)作为辅激活蛋白结合表面^[6]。辅激活蛋白与核受体相互作用是通过位于中央区的多个LXXLL模体介导的，LXXLL模体由LBD的螺旋H3的保守赖氨酸残基和AF-2螺旋中保守的谷氨酸残基定向，允许LXXLL的亮氨酸包裹入螺旋3、4、5和AF-2形成的疏水口袋。因此，核受体-辅激活蛋白相互作用表面是由核受体LBD中螺旋3、4、5和12(AF-2)的保守残基构成的疏水口袋连接到辅激活蛋白亲水α螺旋中LXXLL模体的保守亮氨酸残基构成的。核受体与辅激活蛋白的结合时，AR更偏向于结合GRIP1^[7]；一个特定的辅激活蛋白中LXXLL模体也表现出结合的特异性，Chang等^[8]采用重组噬菌体展示技术评价了LXXLL模体侧翼序列的作用，发现存在三类含不同侧翼序列的LXXLL模体核心肽，它们与不同的核受体具有不同的相互作用方式；此外，模体间的恰当跨度也是识别特异性的一个决定因素，SRC-1的核受体盒ii和iii之间50个氨基酸中的30个缺失，可消除它逆转IgG介导的RAR活性抑制的能力^[4]。

1.5  辅激活蛋白组蛋白乙酰转移酶活性(HAT)在核受体反式激活中的作用

    许多研究表明处于转录活化染色质区域的组蛋白是高乙酰化的，组蛋白的乙酰化由乙酰转移酶(HAT)催化。现发现许多核受体辅激活蛋白包括P300、CBP和CBP/P300相关因子(PCAF)均含有HAT活性，表明核受体可部分通过募集这些蛋白，对靶启动子处的核小体修饰而发挥激活转录的作用。此后的研究发现SRC家庭成员SRC-1和ACTR/SRC-3也具有HAT活性，进一步证实了这一机制。SRC-1和ACTR/SRC-3与CBP/P300和PACF相互联系，表明受体在激素调节启动子处可募集含这些辅结合蛋白的复合物。目前尚不十分清楚如此之多的HAT如何调节基因的转录，但有研究表明，不同的转录因子对特定HAT的需要具有选择性。核受体需要PCAF而非CBP的HAT活性，CREB和STAT-1转录功能需要CBP而非PCAF的HAT活性，至少部分解释了复合体中多种HAT存在的原因^[9]。

1.6  辅激活蛋白的相互作用：多步调节复合物学说

    大量的研究显示配体结合受体和辅激活蛋白之间以及众多的辅激活蛋白间均可相互作用。一些结果表明，在受体激活过程中，并非所有辅激活蛋白均是同等重要的，存在辅激活蛋白过剩和选择性激活的可能，如：SRC-1基因剔除不影响过氧化物酶体增长因子活化受体α(PPARα)介导的转录激活^[10]。更多的迹象表明，体内存在的众多辅激活蛋白是分层排布的，导致了不同转录时期不同类型的辅激活蛋白形成各自不同的亚复合体^[3]。如从HeLa细胞核中共纯化的甲状腺素受体相关蛋白(TRAP)，与以前鉴定的辅激活蛋白均不同。其作用的可能机制是先由SRC家族成员CBP/P300、PACF组成的复合物和其它复合物结合到TR配体结合启动子处，接着TRAP组成的复合物再结合，引起这些初始辅激活蛋白-辅调节因子复合物的分离，并与通用转录因子和通用辅激活蛋白相互作用^[11]。最近Liopis等的研究也表明RXR和ER的配体依赖性转录激活需要的辅激活蛋白复合物的同时或依次募集^[12]。由于核受体转录调节是涉及多功能不同步骤的调节过程，包括染色体的重构和转录激活，配体结合受体可在转录不同时期募集不同辅激活蛋白，组成具有特异功能的多种预复合物；这种排布产生的多种功能促进了启动子处各种转录复合物的瞬时装配和分离，使不同转录激活蛋白对信号具有有效而平衡的结合。

2.  其它核受体辅激活蛋白

    这类辅激活蛋白不同于以上的辅激活蛋白，且有功能的特异性，其成员随着研究的深入在不断的增加。包括ARA70(雄激素受体相关蛋白)及其异构体ELE1α和ELE1β、SWI/SNF蛋白和E3-泛肽酯酶(分别含ATP酶活性和泛肽酯酶活性)、PGC-1(从鼠棕色脂肪细胞克隆的与调节性产热相关蛋白)、NCOA62(与维生素D等核受体相互作用的蛋白质)、P120(以TR配体结合域为诱饵克隆的蛋白质)、RAP250、FHL2(具有独特的组织特异性表达模式的、仅限于AR的辅激活蛋白)、ASC-2(以RXR的LBD为诱饵分离的核因子)、MBF1(多蛋白桥染因子1)、Vpr(HIV-1病毒的相关蛋白，与GR和通用转录因子相互作用)、NRIF3(特异地与TR和RXR相互作用的辅激活蛋白)、PPAR结合蛋白(包括PBP/PPARBP,TRAP220,RB18A,DRIP205,CRSP_P250,PRIP等)等。其中较为有代表性的如SRA(类固醇受体RNA活化因子)^[13]是对类固醇受体具有选择性的辅激活蛋白。它作为RNA转录产物，通过AF-1介导反式激活作用。生化分析显示SRA存在于含SRC-1的独特的核蛋白体中。PNRC(富含辅氨酸的核受体辅调节蛋白)^[14]是作者以牛SF1为诱饵，用酵母双杂合筛选人乳腺cDNA表达文库鉴定的富含脯氨酸辅激活蛋白。PNRC以配体非依赖方式与孤儿核受体SF1和ERR1相互作用，以配体依赖方式和其他核受体配体结合域相互作用，且以AF-2依赖方式轻微增强SF1和ERR1的转录激活，PNRC的C末端区中的23个氨基酸(aa278~300)是与核受体相互作用所必须的，该区富含脯氨酸和SH3结合模体(S-D-P*-P*-S-P-S)。核模体中的两个保守脯氨酸(P*)残基在PNRC与核受体相互作用起重要作用^[6]。目前作者正在进行有关PNRC结构和功能的进一步研究。

参考文献

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