雄激素受体的作用机制

雄激素受体的作用机制 ( S chool of L i f e S cience a n d En gi nee ri n g , Tsi n gh u a must be developed. Serial analysis of gene exp ressio n ) ( ) U ni ve rsi t y , B ei j i n g 100084 , China. SA GE, cDNA microarray , DNA microchip are t he Abstract In t he p rogress of t he geno me p roject s , novel met ho ds fo r f ast and quantitative analysis of t he mo st impo rtant p urpo se of molecular biology of gene characteristics w hich are recently advanced in t he gene is to investigate t he st ruct ure and f unctio n of t his backgro und. not o nly single impo rtant gene but also t he w hole Key words gene exp ressio n pat ter ns , serial analysis ( ) geno me , t hat is t he gene t ranscrip tio n and exp ressio n of gene exp ressio n SA GE , cDNA microarray , pat ter ns of t he w hole cell . In o rder to resolve such DNA microchip co mplex p ro blem , revolutio nary research met ho ds 雄激素受体的作用机制 解 芳 刘 峻 张永莲 ( )中国科学院上海生物化学研究所 , 上海 200031 ( ) 摘要 主要概述了雄激素受体的作用机制 , 特别对影响雄激素受体特异性的因素进行探讨 . 雄激素受体 AR 属于甾体激素受体超家族 , 能通过配体依赖方式与特异的 DNA 序列结合 , 调控基因转录. 关键词 雄激素受体 , 应答元件 , 转录调控 , 专一性 学科分类号 Q71 ( ) 雄激素可以扩散进入靶组织和非靶组织 , 但它A R 的 DNA 结合结构域 DBD, 该结构域高度保 只在雄激素受体存在的靶组织细胞中行使其生物学 守 , 由 68 个氨基酸组成 , 能折叠成两个锌指结构. 外显子 4 至 8 编码受体的铰链区和配体结合结构域功能. 象其他所有甾体激素受体一样 , 雄激素受体 () LBD, 该 区 域 起 着 形 成 二 聚 体 和 结 合 配 体 的 也是一种转录因子 , 它一旦被雄激素激活便能识别 作用. 靶因子上专一的 DNA 序列并与之结合 , 从而调控 该基因的转录 , 并表达新的蛋白质 , 最终使得细胞 的功能发生改变. 雄激素受体对其靶基因的调控具 有高度的专一性 , 这种专一性无法简单地用受体与 特异 DNA 序列结合来解释 , 本文将从受体表达的 细胞特异性 , 受体相对应的配体特异性分布 , 辅助 ( ) 的性顺式元件的参与 , 辅激活因子 coactivato r 发现以及染色质结构等方面加以阐述 . 图 1 雄激素受体结构功能示意图 1 雄激素受体 ( A R) 的结构和功能 2 A R 的作用机制 雄激素受体基因由 8 个外显子组成 , 其编码的 211 A R 的活化与进核 雄激 素 受 体 是 一 种 核 蛋 白 , 由 918 个 氨 基 酸 组 ( ) A R 在 胞 浆 中 能 与 热 休 克 蛋 白 Hsp 结 合 , 1 的 基 因 及 蛋 白 质 的 结 构 特 征 如 图 1 所成. A R 当雄激素与 A R 结合后 , A R 被激活 , 热休克蛋白 示 .外显子 1 最大 , 编码受体的 N 端 , N 端的残解离 , A R 进 入 核 中 与 DNA 作 用. 在 过 去 10 年 基最不保守. 结构分析表明 , N 端结构域与 A R 的( ) 中 , 发现了许多核定位信号 NL S与蛋白质的核 2 转录激活有关. 这个区 域 包 含 两 种 多 聚 体 ——— 4 定位有关. 该信号的一个共同特征是富含赖氨 多聚谷氨酸和多聚脯氨酸 , 多聚氨基酸结构被认为 3 收稿日期 : 1997212203 , 修回日期 : 1998203216 在转录激活方面起重要作用. 外显子 2 和 3 编码 ( ) 酸和精氨酸. 通过转染实验研究一系列 A R 缺失突. 其他核受体 例如维生素 D 受体与促进转录 变体的亚细胞定位 , 发现位于 A R 铰链区的 NL S应答元件结合后 , 则能与转录因子 TF ?B 相互作5 11 ,12 对 A R 进核起关键作用.用. 此外 TF ? D 的亚基也是核受体的接触 ( ) ER的 A F22 区 域 能 与 212 A R 与特异的 D NA 序列结合位点. 例如 雌 激 素 受 体 13 A R 在核内与特异的 DNA 结合是调控基因表 TA F ? 30 相互作用. 目前已经提出的反式因 达的关键一步 . 通过转染实验 , 将含有报告基因的 子 与 基 本 转 录 机 器 相 互 作 用 的 模 型 有 以 下 几 14 ,15 : a1 通 过 桥 蛋 白 起 作 用 ; b1 相 互 直 接 作 种嵌合质粒转入宿主细胞后 , 鉴定到较短的 DNA 元 件 , 其对于报告基因在激素诱导下的表达是不可缺 用 ; c1 通过影响染色体结构起作用. 少的 . 此 类 DNA 调 控 序 列 被 称 为 激 素 应 答 元 件 3 决定 A R 特异性的因素( ) ( ) HR E. 雄激素应答元件 A R E是 HR E 中的一 A R 和 GR 都能与 GR E 类的元件结合 , 但它们 员 . 现在 , 已在许多雄激素应答的基因上找到了 分别调控不同的基因 , 表现出完全不同的功能 , 这 6A R E 但 这 些 A R E 事 实 上 与 糖 皮 质 激 素 受 体. 一问题已经并继续得到分子生物学者的关注. 目前 ( ) ( )识别的应答元件 GR E几乎完全相同 , 其GR 发现许多因素会影响受体功能的特异性. 例如受体 序列为 GGA/ TACA nnn T GT TC T , 是一个不完全表达的细胞特异性以及受体相对应配体的特异性分 布 . 然而当 GR 和 A R 在同一细胞中皆表达且被配 A R 的回文结构. A R 能以二聚体的方式与之结合. 体活化时 , 受体的特异生理功能的机制就不能用上述 特异应答元件的搜寻研究尚在进行之中.两个理由来解释了. 可能的主要原因还有以下四种. 在许多基因中激素应答元件常常成簇出现 , 形 311 受体自身的差异( ) 成激素应答单元 HRU , 行使增强子功能. 当这 GR 亚家族受体 N 端结构域同源性较低 , 且含 些应答元件单独存在时活性极低 , 而聚集在一起时 ( ) 转录激活功能 A F21, 可能会有助于受体特异性 活性明显提高 . 这表明在一个基因中几个 A R E 可 发挥作用. 在其他转录因子中有这样的例子. 例如7 能以协同方式对转录激活起作用. 八聚体结合因子 Oct21 和 Oct22 结 合 同 样 的 DNA 213 A R 的激活功能( 序列 , 但是 Oct22 C 端的激活结构域 非 Oct21 CA R 与 A R E 结合后 , 诱发或抑制基本转录机 器的装配 , 进而调控 RNA 的合成. 在几种甾体激 ( )) β( ) 能激活含八聚体序列的 A F21 素受体 上 包 括 A R,主 要 的 激 活 功 能2珠蛋白端的激活结构域 16 8 ( ), 第二个激活功能基因的转录.被定位在受体的 N 端A F22 9 12 3 在 LBD 发现. A F21 和 A F22 的活力随着启动子辅助性顺式元件与 A RE 形成复合应答单元 和细胞类型的变化而改变 , 两个区域的协同作用可 前面已述在受雄激素调控的基因上发现了一些() 能产生最大的转录应答 图 2. A R E , 但它们与 GR E 几乎完全相同 , 并且在转染 实验中 , 这些序列不能优先应答雄激素的诱导 . 这 与这些基因在体内主要受雄激素调控相矛盾. 但是 在用包含 A R E 和其他顺式元件的较长天然 DNA 17 片段作转染分析时 , 发现其能优先应答雄激素. 因此 , 辅助性顺式元件与 A R E 形成的雄激素应答 单元可能在受体特异行使功能时起作用. 313 辅助性反式作用因子的参与 在 SL P 基因中发现了一个增强子 , 只对雄激 素应答 , 糖皮质激素对其没有激活效应. 转染实验 发现 GR 和 A R 都 能 结 合 在 这 一 增 强 子 上 , 但 是 图 2 核受体转录调控的示意图GR 没有反式激活作用 , 这说明不是蛋白结合序列 本身 , 而 是 结 合 于 HR E 附 近 的 辅 助 因 子 起 作 18 关于 A R 如何与基本转录机器相互作用现在还用. 19 10 Yeh 等报道 , 利用酵母双向杂交系统分离知之甚少 , 但最近有报道A R 的 A F21 结构域能 与基本转录机器中的转录因子 TF ? F 相互作用 , 得到了一个 A R 专一的辅助激活 因 子 能 明 显 提 高 ( ) chem , 1991 , 266 1: 510,518 A R 转录活力 , 该因子的发现表明 ,A R 对其靶基Gerber H P , Seipel K , Georgev O , et al . Transcriptio nal activatio n 3 因的专一调控需要辅助因子参与.modulated by ho mopolymeric glutamine and p roline st reches. ( ) Science , 1994 , 263 5148: 808,811 314 染色质的结构( ) 4 Silver P A. How p roteins enter t he nucleus. Cell , 1991 , 64 3: 激素受体与 HR E 的作用机制主要是从体外实 489,497 验推断出的. 体内受体与 HR E 直接结合的有力证 5 Zhou Z X , Sar M , Simental J A , et al . A ligand 2dependent bipar2 tite nuclear targeting signal in t he human androgen receptor . J Biol 据尚不多见. 染色质结构在体内基因转录中起着重 ( ) Chem , 1994 . 269 18: 13115,13123 要的调节作用 . 转录因子与顺式元件之间的相互作6 Chang C , Saltzman A , Yeh S , et al . Androgen receptor : an overview . Critical Reviews in Eu karyotic Gene Exp ressio n , 1995 , 用受染色质结构的影响. 核受体的一个重要功能是 ( ) 5 2: 97,125 改变染色质结构 , 促使辅助因子与启动子结合 , 诱 Kasper S , Rennie P S , Bruchovsky N , et al . Cooperative binding 7 of androgen receptors to t wo DNA sequences is required for androgen 导基因转录. 有证据表明 , 激素受体在改变染色质 ( ) inductio n of t he p robasin gene. J Biol Chem , 1994 , 269 50 : 结构的能力上有差异. 如 : 糖皮质激素和孕激素对 31763,31769 MM TV 启动子作用不同 , 原因是糖皮质激素受体 Palvimo J J , Kallio P J , J ko nen T , et al . Do minant negative regu2 8 latio n of t rans2activatio n by t he rat androgen receptor : roles of t he ( ) 比孕激 素 受 体 PR 易 于 活 化 模 板 的 染 色 质 结 N2terminal do main and heterodimer formatio n. Mol Endocrinol , 20 构. 由此可见 , 染色质结构对受体特异性激活( ) 1993 , 7 11: 1399,1407 Kallio P J , Poukka H , Moilanen A , et al . Androgen receptor2 9 基因转录有一定作用.mediated t ranscriptio nal regulatio n in t he absence of direct interac2 目前在细胞水平 ,发现细胞与细胞间的接触影( ) tio n wit h a specific DNA element . Mol Endocrinol , 1995 , 9 8: 1017,1028 响受体的转录激活 , 是否其对受体特异行使功能有 10 Mcewan I J , Gustaff sso n J . Interactio n of t he human androgen 作用尚待进一步研究.receptor t ransactivatio n f unctio n wit h t he general t ranscriptio n factor GR 亚家族受体 DNA 结合的非专一性 , 功能 ( ) TF I IF. Proc Natl Acad Sci U SA , 1997 , 94 16: 8485,8490 Ing N H , Beekman J M , Tsai S Y , et al . Members of t he steroid 11 的高度专一性 , 涉及的原因可能不止上述几种 , 也 ( ) hormo ne receptor superfamily interact wit h TF I IB S3002 ?. J ( ) Biol Chem , 1992 , 267 25: 17617,17623 有可能通过多步作用模式起作用 , 即受体发挥作用 MacDo nald P N , Sherman D R , Dowd D R , et al . The vitamin D 12 的每一步骤的专一性是有限的 , 多步控制产生的累 receptor interact s wit h general t ranscriptio n factor I IB . J Biol ( ) 积效应可能会有很高的专一性. 这些步骤包括激素 Chem , 1995 , 270 9: 4748,4752 J acq X , Brou C , L utz Y , et al . Human TAF I I30 is p resent in a 其13 与受体结合 , DNA 与受体结合 , 转录激活等 ,distinct TF I ID co mplex and is required for t ranscriptio nal activatio n 中酶促反应导致配体活化或失活也是重要一环.( ) by t he est rogen receptor . Cell , 1994 , 79 1: 107,117 Adams C C , Workman J L . Nucleoso me displacement in t ranscrip2 14 ( ) tio n. Cell , 1993 , 72 3: 305,308 4 展望 Gill G , Tjian R. Eukaryotic coactivators associated wit h t he TA TA 15 ( ) bo x binding p rotein. Curr Opin Genet Dev , 1992 , 2 2: 236, 目前由雄激素所引出的调控机制主要集中在起242 始转录这一步 , 对转录后调控的了解还非常有限 , Tanaka M , Herr W. Differential t ranscriptio nal activatio n by Oct21 将来的研究必将导向这个方面. 诸如 , 雄激素能调 16 and Oct22 interdependent activatio n do mains induce Oct22 p hosp ho2 节 mRNA 的 稳 定 性 和 它 的 翻 译 吗 ? A R 是 否 对 ( ) rylatio n. Cell , 1990 , 60 3: 375,386 RNA 聚合酶 ?的延伸速度及 RNA 的拼接有调控作 Rennie P S , Bnechovsky N , Leco K J , et al . Characterizatio n of 17 用 ? 此外 , A R 蛋白本身的作用无疑也会引起广泛 t wo cis2acting DNA element s involved in t he androgen regulatio n of ( ) t he p robasin gene. Mol Endocrinol , 1993 , 7 1: 23,36 的关注. 例如怎样的信号途径和配体能调节 A R 活 Adler A J , Danielsen M , Robins D M. Androgen2specific gene acti2 力 ? 这些途径和配体是否对突变体 A R 也起作用 ? 18 vatio n via a co nsensus glucocorticoid respo nse element is determined A R 是否也具有类似 ER 的非基因组机制 ? 最后随 by interactio n wit h no nreceptor factors. Proc Natl Acad Sci U SA , ( ) 1992 , 89 24: 11660,11663 Yeh S , Chang C. Clo ning and Characterizatio n of a specific coacti2 19 辅因子的搜寻着 A R 专一的辅助激活因子被克隆 ,vator , ARA70 , for t he androgen receptor in human p rostate cells. ( ) Proc Natl Acad Sci U SA , 1996 , 93 11: 5517,5521 仍将是研究热点.Archer T K , Zaniewski E , Moyer M L , et al . The differential 20 capacit y of glucocorticoids and p rogestins to alter chro matin st ruct ure 参 考 文 献and induce gene exp ressio n in human breast cancer cells. Mol ( ) Endocrinol , 1994 , 8 9: 1154,1162 1 Chang C , Ko ko ntis J , Liao S. Molecular clo ning of human and rat co mlemantary DNA encoding androgen receptor . Science , 1988 , ( ) 240 4850: 324,326 Act ion Mechan isms of Androgen Receptor. XI E 2 Simental J A , Sar M , Lane M V , et al . Transcriptio nal activatio n ( and nuclear targeting signals of t he human androgen receptor . J Biol Fang , L IU J un , ZHAN G Yo ng2Lian S ha n ghai I nst i t u te of B ioche m ist ry , T he Chi nese A ca de m y of element . The actio n mechanism of androgen recep to rs is summarized wit h a special emp hasis o n t he speci2 ) S ciences , S ha n ghai 200031 , China. ( ) The androgen recep to r A Rbelo ngs to Abstract ficit y of t he f unctio n of androgen recep to rs. t he steroid ho r mo ne recep to r superf amily t hat is a Key words androgen recep to r , respo nse element , ligand2dependent t ranscrip tio n f acto r . It can regulate t ranscrip tio nal regulatio n , specificit y gene t ranscrip tio n t hro ugh binding to specific DNA 3 反义核酸抗肝炎病毒研究进展 林汝仙 王升启 ( )军事医学科学院放射医学研究所 , 北京 100850 摘要 病毒性肝炎的治疗一直是困扰人类的一个难题. 目前可利用的药物仍屈指可数 . 反义核酸技术的发展为 病毒性肝炎的治疗带来了新的希望. 利用反义 DNA , 反义 RNA 和核酶技术来抑制乙型肝炎病毒 , 丙型肝炎病毒 和丁型肝炎病毒 , 在体外已进行了大量的研究 , 体内也进行了一些研究 , 为临床应用反义核酸治疗病毒性肝炎 奠定了基础 . 关键词 反义核酸 , 抑制 , 肝炎病毒 学科分类号 Q75 , R51216 病毒性肝炎是人类与其长期抗争的恶魔 , 迄今. 核酶是一种小的 RNA 分子 , 能以序列特异生的 的方式在特定的位点断裂 RNA 分子 , 从而阻断特 已发现有 7 种类型. 由于病毒性肝炎的传染性强 , 异蛋白的表达 . 核酶的抗病毒作用也引起了研究者 尤其是乙型及丙型病毒性肝炎可形成慢性感染 , 造 的广泛兴趣和关注. 本文主要对近几年来应用反义成肝细胞的持续损伤 , 加重肝脏病变 , 常导致病情 寡核苷酸 , 反义 RNA 和核酶技术抗肝炎病毒的研 反复发作 , 长期迁延不愈 , 部分病人可发展成肝硬 究进展作一简要综述. 化和肝癌 , 危害极大. 近年来 , 对病毒性肝炎的研 究有较大的进展 , 但能有效治疗病毒性肝炎的临床 1 反义核酸抗乙型肝炎病毒 药物仍屈指可数 , 尤其是对慢性乙型及丙型病毒性 ( ) 病毒性乙型肝炎 HBV 以其感染面广 , 慢 感染 , 临床可用的药物仍是各型干扰素 , 对有选择性化和难以治愈而成为临床治疗的难点. 目前 , 全 1 性的病 人 来 说 , 其 治 愈 率 也 只 有 30 %, 40 %. 世界约有 3 亿人感染 HBV , 我国乙型肝炎病毒表 因此寻找一种有效的抗肝炎病毒药物已成为迫在眉 ( ) 面抗原 HBsAg的 携 带 率 占 全 国 人 口 的 918 % , 睫的问题. 占全世界感染者的 1/ 3 强 . 干扰素是目前临床上唯 由于病毒的遗传物质不同于宿主细胞 , 从基因 一可用 于 治 疗 HBV 感 染 的 药 物 , 但 治 疗 效 果 不 治疗的角度去发现新的抗病毒药物已成为近几年来 好 , 随 着 反 义 寡 核 苷 酸 技 术 的 产 生 和 发 展 及 对 的研究热点. 反义核酸技术是一种新的基因治疗技 HBV 基因结构 , 功能和复制等主要环节的认识和 ( ) 术 , 包 括 反 义 寡 核 苷 酸 A SON , 反 义 RNA 了解 , 应用 A SON 来抑制 HBV 基因的复制和表达 () asRNA及核酶三大部分. 反义寡核苷酸是一段 反在体外已进行了大量的研究 , 体内也进行了一些研 义的 DNA 序列 , 能与特异性的靶序列互补 , 抑 制究 . 体外研究主要采用转染了 HBV DNA 并能长期 靶基因的表达. 由于它特异性强 , 毒副作用小而 成( 稳定 分 泌 病 毒 的 肝 癌 细 胞 系 进 行 的 Hep G2 , 为人们研究抗病毒药物的热点. 近几年来已有几 种 抗病毒反义寡核苷酸药物进入临床试验阶段. 反 义 RNA 是指一段与 mRNA 互补的 RNA 分子 , 是 通 过将正常 cDNA 反向插入到启动子下游后转录产 3 ( ) 国家 “863”国家自然科学基金 102208204201及总后 “915”( ) 重点课题 962007资助. 收稿日期 : 1997212215 , 修回日期 : 1998204220