癌症研究突破：首次发现癌蛋白新作用

　　

生物通报道：细胞在像是增殖这样的过程中常常受到蛋白之间相互作用不用频率和不同开启时间的调控，近期来自北卡罗来纳州立大学（North Carolina State University，生物通注）分子与结构生物化学系的研究人员发现一种特殊的蛋白与蛋白之间的相互作用，这种相互作用能阻止细胞关闭其一个开关，从而导致不受限制的细胞增殖——癌症的一个典型特征。这是第一次发现一种特异性蛋白：Ras蛋白与其绑定蛋白：Raf的相互作用能阻止开关开启。这一研究成果公布在《细胞》子刊《Structure》杂志上。

文章的作用是来自北卡罗来纳州立大学的Carla Mattos（通讯作者，结构与分子生物化学系副教授，生物通注），Greg Buhrman（第一作者，生物通注）和实验室本科生Glenna Wink。这项研究得到了美国国立卫生研究院的资助。

Ras是大鼠肉瘤(rat sarcoma,Ras)的英文缩写。Ras蛋白是原癌基因c—ras的表达产物，相对分子质量为21kDa，属单体GTP结合蛋白，具有弱的GTP酶活性。Ras蛋白的活性状态对细胞的生长、分化、细胞骨架、蛋白质运输和分泌等都具有影响，其活性则是通过与GTP或GDP的结合进行调节。

Mattos表示，Raf能保护Ras两个所谓的开关区域中的一个，而另一个开关就像一道紧闭的门，分离出整体信号开关定位的关键区域。

在分子生物化学研究领域，细胞增殖的指令是由开－关调控的蛋白与蛋白相互作用级联方法发出的，当蛋白可以相互作用，细胞就增殖，当这种相互作用关闭的时候，细胞就不能增殖。如果这一开关受到影响，那么细胞就会不得进行繁殖。

已知有组成蛋白的氨基酸20种，每一种蛋白都有自己独一无二的氨基酸序列，在Ras的189个氨基酸组成的蛋白链中，发生变化的是第61个氨基酸残基，正常Ras蛋白在这个位置是谷氨酸——能帮助开关关闭，而通常在癌症细胞中，谷氨酸会发生突变，变成亮氨酸（leucine）。

Mattos指出，“当存在Raf，并且Ras61位蛋白残基发生突变，或者其它引起细胞转化（癌细胞特征之一，生物通注）的氨基酸发生突变的时候，这个开关会被‘塞住’”，“对于谷氨酸或其它不会引起细胞转化的突变，即使Raf结合在Ras上，分子门也可以打开——这道门在Raf不存在的时候总是打开的。”

这一研究论文回应了20世纪80年代的一个paradox，当时科学家门比较了细胞中和从包含有Raf等细胞成分的溶液中的Ras突变的行为，结果发现在溶液中，能引起细胞转化的Ras突变和不能引起细胞转化没有什么区别，只是关闭Ras开关的能力下降了十倍（不包括61位谷氨酸突变），科学家们不知道为什么在细胞环境中Ras突变会不同。

Mattos等人的这项研究为这一困惑提供了一个答案：当Raf结合在带有亮氨酸突变的Ras上的时候，这个开关会停滞住，并且当Raf不存在的时候，这个开关还会关闭。正常Ras蛋白无论Raf是否存在，都能关闭这个开关。Mattos说，“我们都知道细胞中发生了一些与Ras无关的事情，现在我们了解到这些事情与Raf有关，当缺陷型Ras遇到Raf的时候，就无法接近这个开关，高调控细胞增殖系统就会被阻断，从而导致不受限制的细胞增殖，发生癌变。”
（生物通：张迪）

原文摘要：
Structure, Vol 15, 1618-1629, 13 December 2007
Transformation Efficiency of RasQ61 Mutants Linked to Structural Features of the Switch Regions in the Presence of Raf
『Abstract』

附：
  ras癌基因的命名来自大鼠肉瘤（rat Sarcoma）的字首，1964年从大鼠肉瘤的急性逆转录病毒（Harvey murine Sarcoma Virus和Kister murine Sarcoma Virus）中分离出来。1982年在T24人膀胱癌细胞株中检测出具转化能力的ras癌基因，为Harvey大鼠肉瘤病毒癌基因的同系物，称C-Ha-ras；其后从人肺部细胞中发现Kister大鼠肉瘤病毒癌基因的同系物，称C-Ki-ras；从人神经胚胎瘤细胞的发现的另一种 ras癌基因称N-ras，该种与病毒无关。这三种哺乳动物基因组中普遍存在的 ras癌基因家族成员（Ha-ras-1、Ki-ras-2、N-ras）编码的蛋白质大约有90%的氨基酸序列同源，分子量均为21,000道尔顿，故称为rasp21蛋白，其在功能上与G蛋白相似，具与鸟苷酸结合的能力。rasp21蛋白与GDP结合为其非活性状态，与GTP结合为其活性状态，自身具弱GTPase活性，位于细胞膜内侧参与跨膜信号传递作用。人类原发肿瘤点突变主要发生在密码子12、13、59、61位，这些位点的突变都能使 ras癌基因活化。导致细胞增殖信号的持续流动，使细胞具有恶性潜能。

　　在哺乳动物肿发生中 ras癌基因的作用已在各种致癌物诱导的动物肿瘤模型中得到证实，致癌物多是些诱变剂，能直接引起 ras癌基因的活化， ras癌基因在诱发肿瘤中的高突变率及致癌物活化作用的可重复性，有力地说明ras癌基因在赘生物发生中具起始作用。

表1 在致癌剂诱导的动物肿瘤中ras癌基因被激活情况

癌基因名称	第一个外显子中第12倍密码子	P21N端第12位氨基酸
人正常c-Ha-ras1	GGC	Gly
人T24膀胱癌c-Ha-ras 1	GTC	Val
人-Ha-ras	GGT	Gly
人-正常c-Ki-ras 2	GGT	Gly
人SW480结肠癌c-Ki-ras 2	GTT	Val
人Calus 1肺癌c-Ki-ras 2	TGT	Cys
V-Ki-ras	AGT	Ser
	第二个外显子中突变密码子	P21N端第61位氨基酸
人正常c-Ki-ras	CTG	Glu
人工s242肺癌衍生
细胞系c-Ki-ras 2	CAG	Leu

　　在人类肿瘤中检测ras癌基因点突变可推断ras癌基因点突变在其发生发展中的作用。