PH 結(jié)構(gòu)域是一種存在于多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白和細(xì)胞骨架蛋白中的大約由120個(gè)氨基酸組成的功能性區(qū)域.該文綜述了近三年來有關(guān)PH結(jié)構(gòu)域的研究進(jìn)展.不同蛋白質(zhì)中的PH 結(jié)構(gòu)域在一級結(jié)構(gòu)上同源性并不很高,，但其空間結(jié)構(gòu)中肽鏈主鏈的折疊方式基本相同,，而主要差別存在于其中的三個(gè)可變環(huán)上,，含有這些環(huán)的側(cè)面帶有正電荷，被認(rèn)為可能是其配體的結(jié)合部位.目前已知的配體有G蛋白b g 亞單位（Gb g ）,、蛋白激酶C（PKC）和磷脂酰肌醇衍生物（PIP2 或IP3 ），所以PH 結(jié)構(gòu)域可能介導(dǎo)信號蛋白與這些分子間的相互作用,，參與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成.
關(guān)鍵詞 PH 結(jié)構(gòu)域 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)
PH結(jié)構(gòu)域是一種存在于多種信號蛋白和細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白中的大約由120個(gè)氨基酸組成的功能性區(qū)域.由于它們與Pleckstrin(一種血小板內(nèi)主要的蛋白激酶C(PKC)的底物)中的一段重復(fù)序列具有同源性,，所以稱為Pleckstrin Homology(PH)結(jié)構(gòu)域.這一同源區(qū)的頻繁出現(xiàn)是Mayer等和Haslam等分別于1993年在進(jìn)行計(jì)算機(jī)基因庫資料分析時(shí)發(fā)現(xiàn)的〖1，2〗.目前已發(fā)現(xiàn)的含有 PH結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)有90余種,，主要為一些參與信號傳遞的分子.PH 結(jié)構(gòu)域在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子中的廣泛分布提示,，PH 結(jié)構(gòu)域可能與SH2和SH3結(jié)構(gòu)域類似，在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中介導(dǎo)信號分子間的相互作用.
不同蛋白質(zhì)中的PH 結(jié)構(gòu)域在一級結(jié)構(gòu)上的同源性并不很高,，但是通過對空間結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn),，其肽鏈主鏈折疊方式基本相同，這樣就在結(jié)構(gòu)上證實(shí)了PH 結(jié)構(gòu)域是一真正的功能性單位.
PH 結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
PH 結(jié)構(gòu)域基本上由兩個(gè)反向平行的b -片層結(jié)構(gòu)和一個(gè)長的C-末端a -螺旋構(gòu)成.一組b -片層結(jié)構(gòu)由b 1,、b 2,、b 3和b 4四條鏈反向平行組成，另一組b -片層結(jié)構(gòu)由b 5,、b 6和b 7三條鏈反向平行組成.b 1/b 2,、b 3/b 4和b 6/b 7間各有一個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)（見圖1）.這兩組b -片層結(jié)構(gòu)在空間上近似垂直，曾有人把這一結(jié)構(gòu)形容為“b -桶”,，但Ferguson等（1994）認(rèn)為,，這些靠氫鍵連接起來的結(jié)構(gòu)不可能圍成一個(gè)桶形，而是相互包裹形成一個(gè)三明治樣結(jié)構(gòu)〖3,，4〗.將幾種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較,，發(fā)現(xiàn)不同PH 結(jié)構(gòu)域b -片層結(jié)構(gòu)和a -螺旋在不同PH 結(jié)構(gòu)域中基本相同，而b 鏈間的三個(gè)環(huán)在序列和結(jié)構(gòu)上變化較明顯.將幾種PH 結(jié)構(gòu)域的序列進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)：b 1/b 2,、b 3/b 4和b 6/b 7連接環(huán)只在長度上稍稍保守,，它們都位于分子的一個(gè)側(cè)面，而分子的另一側(cè),，圍繞著a -螺旋,，則形成一個(gè)在結(jié)構(gòu)上更為保守的側(cè)面.這樣，PH 結(jié)構(gòu)域的一個(gè)表面特別可變的這個(gè)特點(diǎn)決定了每種PH 結(jié)構(gòu)域可能都有其配體結(jié)合特異性.這些可變成分位于b -片層的骨架上,，提示它們可能成為免疫球蛋白可變區(qū)結(jié)構(gòu)域的抗原識別點(diǎn)〖3〗.
對Dynamin,、PLC-d 1,、Spectrin和Pleckstrin等蛋白質(zhì)中PH 結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)研究表明，PH 結(jié)構(gòu)域具有表面極性:其較保守的一面,，即包括a -螺旋的一面,，帶有負(fù)電荷，而另一面,，即包括可變環(huán)的一面,，則帶有正電荷，其它疏水殘基位于分子內(nèi)部.這種與可變環(huán)位置相聯(lián)系的極性,，也是PH 結(jié)構(gòu)域的一個(gè)保守特點(diǎn),，它提示，PH 結(jié)構(gòu)域的配體可能帶有負(fù)電荷〖3〗.
圖1 Dynamin PH結(jié)構(gòu)域的空間結(jié)構(gòu)（X-線晶體衍射圖譜分析結(jié)果）
A: 從垂直于兩個(gè)β-片層平面的角度看,，兩個(gè)β-片層分別由β1,，β2，β3,，β4四條鏈 和β5,，β6，β7三條鏈構(gòu)成,，α- 螺旋位于C-末端.
B: 沿著β-片層平面,，從兩個(gè)β-片層中間看，相當(dāng)于分子沿著A圖視角的垂直軸轉(zhuǎn)了90°.兩個(gè)β-片層將α-螺旋夾在中間,，形成一個(gè)三明治樣結(jié)構(gòu).
（此圖引自Ferguson等,，Cell， 1994,，79(21):199-209）
已有研究表明,，酪氨酸蛋白激酶Btk（Bruton Tyrosine Kinase Btk） PH 結(jié)構(gòu)域中的R28C突變，即由半胱氨酸取代精氨酸,，與XID小鼠的性染色體連鎖性免疫缺陷癥（xid）有關(guān)〖5〗.R28相應(yīng)位于b 2鏈中部,，在人Dynamin PH結(jié)構(gòu)域中，這一位置是酪氨酸（Y33）.Dynamin PH結(jié)構(gòu)域在溶液狀態(tài)時(shí),，這一酪氨酸（Y33）暴露于帶正電荷的分子表面，這一表面包括可變環(huán)〖3〗.Btk R28C的突變效應(yīng)提示,，PH 結(jié)構(gòu)域的這一區(qū)域?qū)τ谂潴w結(jié)合非常重要.
PH 結(jié)構(gòu)域的功能
PH 結(jié)構(gòu)域雖然已在很多蛋白質(zhì)中被發(fā)現(xiàn),，但其功能尚不十分清楚.一般認(rèn)為，PH 結(jié)構(gòu)域可能與SH2和SH3類似,，介導(dǎo)信號分子間相互作用.前已述及,，Btk R28C突變可引起小鼠的性染色體連鎖性免疫缺陷癥.在人類性染色體連鎖性低g -球蛋白血癥（XLA）病人中也檢測到數(shù)種Btk點(diǎn)突變是發(fā)生在PH 結(jié)構(gòu)域中的〖6〗.雖然XID小鼠B細(xì)胞不能正常地被激活，但Btk酶本身活性不受影響,，說明是Btk與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的其它分子的相互作用受到了影響〖6〗.因此,，尋找PH 結(jié)構(gòu)域的相應(yīng)配體成為近三年來各組研究人員競相研究的熱點(diǎn),，并取得了相當(dāng)大的進(jìn)展.正如從有關(guān)結(jié)構(gòu)中預(yù)測的那樣，PH 結(jié)構(gòu)域的配體確實(shí)具有一定的多樣性,，目前已知的有,，G蛋白b g 亞單位 、蛋白激酶C 和磷脂酰肌醇衍生物(4,，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）或1,，4，5-三磷酸肌醇（IP3)）等三種,，下面我們分別介紹.
1 PH 結(jié)構(gòu)域與Gb g 的相互作用
G蛋白是細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的一種具有重要調(diào)節(jié)功能的信號蛋白.Gb g 和Ga 分別是G蛋白中的兩個(gè)功能亞單位.早期人們曾認(rèn)為,，Gb g 亞基的作用僅僅是結(jié)合Ga 亞基，后來有許多證據(jù)表明,，Gb g 亞單位亦可直接調(diào)節(jié)胞內(nèi)的信號傳遞,，如，Gb g 可激活PLC-b .1994年,，Touhara等將含有PH 結(jié)構(gòu)域的九種蛋白質(zhì):β-腎上腺素能受體激酶（b -ARK）,、磷脂酶C-γ(PLC-g )、胰島素受體底物-1（IRS-1）,、Spectrin,、Rac-b 、氧化甾類結(jié)合蛋白(OSBP),、Ras-GTP酶活化蛋白(Ras-GAP),、Ras-鳥苷酸釋放因子(Ras-GRF)和g -球蛋白缺乏癥酪氨酸激酶(Atk)的GST融合蛋白分別與Gb g 作用，發(fā)現(xiàn)它們與Gb g 均有不同程度的結(jié)合,，其中以b -ARK結(jié)合性最強(qiáng).但Gb g 只與PH 結(jié)構(gòu)域的C-末端結(jié)合.同時(shí),，Gb g 和PH 結(jié)構(gòu)域的結(jié)合與Gb g 和Ga 的結(jié)合相互排斥〖7〗.這提示，PH 結(jié)構(gòu)域與Ga 在它們與Gb g 結(jié)合點(diǎn)上結(jié)構(gòu)相似.最近Srinivason等（1996）進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：Ga 轉(zhuǎn)換 Ⅱ 區(qū)與PH 結(jié)構(gòu)域的C-末端相似〖8〗.Gb g 能與如此多的含PH 結(jié)構(gòu)域的信號分子作用提示,，Gb g 的胞內(nèi)靶分子范圍可能比原來想象的更寬,，作用更廣泛. 例如，Tsukada等 (1994)研究發(fā)現(xiàn),，在體內(nèi)外Btk都與Gb g 結(jié)合,，提示胞漿酪氨酸蛋白激酶（PTK）與G蛋白在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)上有聯(lián)系〖9〗.Langhans等（1995）應(yīng)用共轉(zhuǎn)染檢測技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，Tsk和Btk（二者均為含有PH 結(jié)構(gòu)域的酪氨酸蛋白激酶 ）可被Gb g 激活;并且在體外,，Tsk酶活性可因Gb g 與其它膜上分子的結(jié)合而增強(qiáng)〖12〗.這些發(fā)現(xiàn)提示,，酪氨酸蛋白激酶家族可能通過PH 結(jié)構(gòu)域成為G蛋白的效應(yīng)分子.
2 PH 結(jié)構(gòu)域與PKC的相互作用
PKC參與細(xì)胞內(nèi)多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，與細(xì)胞的生長和分化密切相關(guān)〖11〗.1994年,，藥立波（本文作者之一）在美國拉霍亞免疫學(xué)和變態(tài)反應(yīng)學(xué)研究所做客座研究時(shí)報(bào)告了Btk經(jīng)由其N-末端的PH 結(jié)構(gòu)域與PKC的相互作用〖12〗.我們發(fā)現(xiàn)Btk在細(xì)胞內(nèi)外均可與PKC相結(jié)合存在.應(yīng)用GST-Btk(PH)表達(dá)載體制備的GST-Btk-PH融合蛋白做親和純化分析表明,，這種結(jié)合是由Btk中的PH 結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)的.為了確定Btk-PH 結(jié)構(gòu)域中與PKC相結(jié)合的區(qū)域，我們構(gòu)建了多種缺失突變的Btk-PH 結(jié)構(gòu)域，用這些缺失突變的PH 結(jié)構(gòu)域證實(shí)了負(fù)責(zé)與PKC結(jié)合的部位為Btk- PH 結(jié)構(gòu)域的b 2和b 3鏈,，這一部位與PIP2的結(jié)合區(qū)有重疊,，所以PIP2對PKC與Btk的結(jié)合可能有競爭作用〖13〗.對于Btk與PKC的結(jié)合的生理意義，我們觀察到,，PKC在體外對Btk的活性有抑制作用,，尤其當(dāng)在細(xì)胞內(nèi)使用PKC抑制劑時(shí)，抑制劑可以明顯促進(jìn)Btk對外源刺激的活化反應(yīng).但這種負(fù)調(diào)節(jié)現(xiàn)象在細(xì)胞內(nèi)信息傳遞網(wǎng)絡(luò)中究竟起著什么樣的作用,，目前仍在探討中.
3 PH 結(jié)構(gòu)域與PIP2和 IP3的相互作用
PH 結(jié)構(gòu)域不僅介導(dǎo)蛋白質(zhì)──蛋白質(zhì)相互作用,，還可能通過與PIP2或 IP3的作用介導(dǎo)蛋白質(zhì)—脂質(zhì)相互作?1993年，Cifuentes等發(fā)現(xiàn)PLC-d 1的N-末端部分,，包括PH 結(jié)構(gòu)域,，可以形成一個(gè)與PIP2結(jié)合的部位〖14〗.Harlan等（1994)應(yīng)用離心方法研究發(fā)現(xiàn)，幾種PH結(jié)構(gòu)域（Tsk,、Ras-GAP和b -ARK）都可特異地與含PIP2的脂膜結(jié)合,，這一結(jié)合涉及PH結(jié)構(gòu)域帶正電荷的一面，結(jié)合于“b -桶 ”的邊上〖15〗. 進(jìn)一步的研究表明,，PLC-d 1 PH 結(jié)構(gòu)域與PIP2和IP3都有高度親和力與PIP2的親和力最高.Ferguson等（1995） 研究發(fā)現(xiàn),，PLC-d 1PH 結(jié)構(gòu)域帶正電荷的一面上的b 1/b 2和b 3/b 4兩個(gè)連接環(huán)主要與IP3肌醇環(huán)上的第4和第5兩個(gè)磷酸基團(tuán)結(jié)合〖16〗.但Harlan等 (1994)發(fā)現(xiàn)，Spectrin只微弱地與IP3結(jié)合 ,，Pleckstrin中的PH 結(jié)構(gòu)域與脂膜中PIP2親和力也很低,，〖15〗.目前尚不清楚為什么不同的PH 結(jié)構(gòu)域有不同的脂質(zhì)結(jié)合性.
有人認(rèn)為，PH 結(jié)構(gòu)域可能通過與磷脂結(jié)合而引導(dǎo)信號蛋白在膜上定位,，從而使信號蛋白傳遞膜上信號.Whitehead等（1995）發(fā)現(xiàn),，PH 結(jié)構(gòu)域引導(dǎo)Ifc蛋白質(zhì)到膜上是細(xì)胞轉(zhuǎn)化的必要步驟，而Ifc是一種與鳥苷酸交換因子（GEF）和PKC調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)非常相似的原癌基因〖17〗.
另外,，在對PH 結(jié)構(gòu)域與Gb g ,、PKC和磷脂酰肌醇衍生物的結(jié)合部位分析中我們發(fā)現(xiàn)，PH 結(jié)構(gòu)域與后三者的結(jié)合均在PH 結(jié)構(gòu)域帶正電荷的一面,，并與三個(gè)可變環(huán)相關(guān).是否它們與PH 結(jié)構(gòu)域的結(jié)合位置相同,？還是有各自的特異結(jié)合點(diǎn)？這些還需我們進(jìn)一步研究確實(shí).不過,，對于SH2結(jié)構(gòu)域,，的確存在著PIP2和磷酸酪氨酸蛋白的結(jié)合競爭現(xiàn)象.Pitcher等（1995）曾研究發(fā)現(xiàn)，PH 結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)的b - ARK的膜結(jié)合和激活需要PH 結(jié)構(gòu)域-Gb g 和PH結(jié)構(gòu)域-脂質(zhì)的共結(jié)合,，只有這樣,，才能加速激動劑依賴的受體磷酸化，這可能是一種新的蛋白質(zhì)膜結(jié)合機(jī)制〖18〗.
綜上所述,，PH結(jié)構(gòu)域在細(xì)胞信號傳遞網(wǎng)絡(luò)中的作用研究已經(jīng)取得了相當(dāng)大的進(jìn)展,，但是，要最終明確各種PH結(jié)構(gòu)域的功能,、這些不同種類PH結(jié)構(gòu)域在配體結(jié)合上有多大的選擇性和差異性以及它們在各自的信號傳遞途徑中有什么樣的作用等還需做大量工作,，這些問題的明確將對細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的理解有更大的幫助.
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Structure and Function of PH Domain
