在三個已知調(diào)節(jié)elF4B活性的機制中,,描述最深入的是elF2α-子元件中ser51的磷酸化,。elF2α磷酸化使elF2由底物轉(zhuǎn)變成elF2B的競爭抑制劑遏止大部分mRNA翻譯。但是,,自相矛盾的是加強含有多個上游開放閱讀框mRNA和內(nèi)部核糖體進入位點的翻譯,。在哺乳動物細胞中elF2α受四個已知的elF2α激酶調(diào)節(jié)。酵母的哺乳動物直向同系通常控制mGCN2(非抑制激酶-2),HRI(調(diào)控血紅素抑制因子),PKR(蛋白質(zhì)激酶激活的雙鏈RNA),PERK(類似PKR的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶),。在培養(yǎng)的和充滿肝臟細胞中,,剔除單個基礎(chǔ)氨基酸可提升elF2α磷酸化和elF2B附隨物質(zhì)阻遏。發(fā)生在活體實驗中,,充滿的大鼠肝臟和對可利用氨基酸改變作出反應(yīng)的培養(yǎng)細胞,,受作為mGCN2的elF2α蛋白激酶調(diào)節(jié)。剔除氨基酸的酵母中,,不受操控的mRNA聚集和GCN2P區(qū)域結(jié)合,,它們向組氨酰基-tRNA合成酶暴露系列同源性,,結(jié)果是組氨?;?tRNA合成酶激活。給禁食大鼠喂食含有全部氨基酸的混合物,,刺激肝臟和骨骼肌中的蛋白質(zhì)合成,。但對elF2α激酶和elF2B活性沒有作用。相反,,給它喂食缺少單個基礎(chǔ)氨基酸的結(jié)果是elF2α磷酸化的增加和肝臟中ElF2B活性降低,。說明濃縮血漿中基礎(chǔ)氨基酸不平衡的結(jié)果是肝臟中信號路徑的激活及elF2α磷酸化的增加。
加強的elF2α磷酸化,,當(dāng)對不平蘅氨基酸混合物作出反應(yīng)時發(fā)生,,受elF2α激酶mGCN調(diào)節(jié),因為在小鼠中,,缺乏這種激酶不可以提升elF2α和2lF2B抑制的機制,。但是,通過氨基酸嚴格剔除激發(fā)培養(yǎng)細胞的mGCN活性(如非控制mRNA的積聚)的機制,,可能與活體實驗無關(guān),。因為即使在禁食期間氨基酸-tRNA合成酶濃縮井中血漿氨基酸被正常維持。因此非操控tRNA不可能大規(guī)模的積聚,。elF2α磷酸化調(diào)節(jié)發(fā)生當(dāng)對(除了氨基酸以外)的營養(yǎng)物質(zhì)的改變作出反應(yīng)時,。例如,低血糖或高血糖提升elF2α磷酸化,。低血糖被認為是通過誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逆境反應(yīng)激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的elF2α激酶(PERK),。但是對高血糖作出反應(yīng)的elF2α激酶還不知道?;铙w實驗中,,出生后不久的高血糖癥的結(jié)果是,編碼某些轉(zhuǎn)錄因子的mRNA翻譯轉(zhuǎn)變,。這些轉(zhuǎn)錄因子如C/EBPβ,,它誘導(dǎo)一些有關(guān)糖異生和葡萄糖貯存的基因轉(zhuǎn)錄,,如PEPCK,葡萄糖-6磷酸酶,,丙酮酸羧化酶,,糖原合成酶。利用含有編碼elF2α基因的純合突變體(可以利用磷酸化的Ala殘基取代ser51)的小鼠(elF2S51A)作材料的最新實驗表明,,elF2α磷酸化在新生兒低血糖反應(yīng)中是一關(guān)鍵成分,。因此,在新生elF2S51A小鼠肝臟中,,PEPCK活性相對于野生型有很大降低,。這種降低在出生后不久得到很嚴重稀釋,elF2α磷酸化提升PEPCK基因轉(zhuǎn)錄的誘導(dǎo)機制尚未被發(fā)現(xiàn),,但是已經(jīng)假設(shè)是編碼特定轉(zhuǎn)錄因子(如C/EBPs和C/EBPβ)mRNA翻譯轉(zhuǎn)變的結(jié)果,。
HRI在兔子網(wǎng)組織紅細胞中第一次被確定,在對鐵和促黑激素不足作出反應(yīng)時表現(xiàn)激活,,繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)HRI在許多組織中表達,,和被重金屬、NO激活,。實際上,,NO直接與HRO結(jié)合。因為無紅細胞的細胞中很少經(jīng)受促黑激素大的波動,,所以說在這些細胞中NO可能是HRI一要素調(diào)節(jié)因子,。
PKR是一到處表達的Ser-Thr蛋白激酶。它被雙鏈RNA激活和被干擾素誘導(dǎo),。PKR也被脂多糖和細胞因子(如Il-1和TNF-α)激活,,是細菌感染促炎反應(yīng)的一個關(guān)鍵成分。當(dāng)在酵母,、哺乳動物或昆蟲細胞中過度表達時,,這是細胞生長的有效抑制因子,這一作用受elF2α磷酸化調(diào)節(jié),,因為不能磷酸化的elF2α協(xié)同表達阻礙生長的阻遏作用。不象其它elF2α激酶,,elF2α不是PKR唯一的基質(zhì),。例如,據(jù)報道PKR磷酸化蛋白磷酸酶2 A的調(diào)控子元件,,PKR也與IBK激酶復(fù)合體結(jié)合和參與NF-KB信號,。
除了elF2α磷酸化上的變化,elF2α活性可以通過分解代謝ε-子元件的改變而轉(zhuǎn)變,。分解代謝ε-子元件敲除,,用RNAi基本上可以停止細胞生長和引起編程性細胞死亡,。相反,像在許多形態(tài)改變的細胞中發(fā)生的一樣,,elFε過度表達的結(jié)果是增加的生長,。因為孤立的ε-子元件不被磷酸化的elF2抑制,所以elF2Bε過度表達提供了在逆境條件下加強mRNA翻譯的方法,,提升elF2α磷酸化,。調(diào)控elF2Bε表達的機制尚不知道,但是我們實驗室發(fā)現(xiàn)elF2B表達的偏向增長發(fā)生在對急性抗性訓(xùn)練反應(yīng)時,,它被納巴霉素(哺乳動物靶(mTOR)的特殊抑制因子)預(yù)處理阻斷,。因為營養(yǎng)和促進生長的促黑激素刺激mTOR信號傳導(dǎo)途徑,所以推測這些刺激物質(zhì)可能增強elF2Bε表達,,elF2B鳥苷酸交換活性也通過ε-子元件的磷酸化調(diào)節(jié),。在試管里,至少有四種激酶磷酸化elF2Bε,,包括酪蛋白激酶(CK)Ⅰ和Ⅱ,,糖原合成激酶(GSK)-3和DYRK。據(jù)報道,,CK-1或CK-2磷酸化elF2Bε刺激elF2B活性,,這一結(jié)論被他人懷疑。是否GSK-3磷酸化改變elF2B活性是同樣矛盾的,。一研究報道,,GSK-3磷酸化對elF2B活性無直接作用。即使GSK-3磷酸化阻止子序列磷酸化和被CKI激活,。相反,另些研究表明對通過胰島素抑制elF2B活性而言,,GSK-3磷酸化大鼠elF2B的Ser535(在人類序列中是Ser540)是必需的,,但不是充分的。
英文原文信息:
題目:Amino acids as regulators of gene expression
作者:Scot R Kimball and Leonard S Jefferson
期刊: Nutrition & Metabolism