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成纤维细胞生长因子信号分子的结构和功能

时间:2006-11-26栏目:基础医学论文

成纤维细胞生长因子信号分子的结构和功能  
发布时间: 2003-4-19  作者:姜笃银  
早期研究使用的成纤维细胞生长因子(FGFs)主要来自牛脑和脑垂体的提取液,是大约150 个氨基酸结构的酸性或碱性成纤维细胞生长因子(aFGF:FGF1或bFGF:FGF2)。其后分离的 癌基因产物的细胞增殖因子与上述FGFs结构类似,也被分类在FGFs家族,并依次命名为FGF3 ~9〔1〕。目前已发现23种 FGFs。现主要就多能FGFs结构和相关功能机制 的研究进展进行综述。

1 发现和鉴定新的FGFs结构

  FGFs作为细胞间信号分子在胚胎发生和分化过程中起重要作用。FGFs 是由约150~200氨基酸 组成的多肽,相互之间的氨基酸序列有20%~50%是相同的〔2,3〕。其中心区域有大约 120个氨基酸序列存在高度的同源性(30%~70%)。利用该区域的同源性,以人、小鼠或大鼠 cDNA 和基因组DNA为模板、采用同源序列PCR法进行新 FGFs基因检测。当然 ,还可以采用T7噬菌体cDNA显示法鉴定新FGFs。FGFs受体(FGFRs)是典型的膜结合酪氨 酸激酶型受体。将FGFRs的胞外结构域在杆状病毒群(baculovirus) 表达株表达,制成重组的细胞外结构域(可溶性 FGF受体)。进而利用可溶性 FGFRs与配体 结合的特性,通过T7噬菌体 cDNA显示法对互补cDNA 文库进行筛选。

  通过同源序列PCR法,已经发现了6种新的FGFs基因( FGF10、 FGF16、FGF17、FGF18、 FGF20、FG F21)〔4〕。虽然T7 噬菌体 cDNA显示法能获得较多的阳性克隆,但不能确认 是新发 现的 FGFs。随着人类基因组结构的解析及其DNA 数据库被公开,通过基因检索进而又发现3 种新的FGFs基因(FGF19、FGF22、FGF23)〔5,6〕,并发现FGF-22 mRNA 选择性表达于皮肤毛囊的内毛根鞘〔7〕。加上在探索视网膜特异性 表达基因的过程中所发现的4种新的FGFs基因(即FGF11、FGF12、FGF13和FGF14)〔1 〕,以及McWhirt er等〔8〕在探索嵌合体同源结构域癌蛋白(chimeric homeodomain oncoprotein)E 2A-Pbx1 下游目标过程中发现的FGF15,迄今共鉴定出23种人或鼠FGFs。但是 人FGF15和小鼠FGF19尚未被证实。 人FGF19与小鼠FGF15显示很高的同源性(约50%),且这两种基因都跟FGF3、 FGF4 基因的染色体邻接〔3〕,由此推断人FGF19是小鼠FGF15的相同体。由于人与小 鼠其他FGFs结构之间的同源性达90%以上,因而除非FGF15和 FGF19 在进化过程中意外地发 生大的变异,否则两者将伴随着进化过程而逐渐消失。

2 FGFs家族成员和基因定位

  在人类的FGFs中,能细分出FGF 7、 FGF10、FGF22和FGF9、FGF16、FGF20等许多亚科(subfamily)。FGFs 亚科与各染色体定位之 间无明显的相关性,人类FGFs基因多数散在分布于全基因组中。但也有一些FGFs基因在基因 组 上形成群落,如FGF3、FGF4和FGF19位于染色体11q13,FGF6、FGF23位于染色体13p13,而FG F17、FGF20则位于染色体 8p21-p22 相互邻接位置上。由此推断FGFs基因家 族是在进化、复制和易位等复杂过程中形成的〔1〕。人类FGFs基因的翻译区域多数 由3个基因构成相似的外显子(exon)构成。但在FGF11~14的翻译区域是由5个外显子构成的 〔3〕,FGFs 基因翻译区域的大小约5~100 kb。此外,部分FGFs 可通过机 制不清的选择性剪接(alternative splicing)形成FGFs亚型。
  FGFs可以分为几个亚组,FGF10和 FGF7同属于角朊细胞生长因子(KGF)组。除了FGF15外,以22种人类FGFs氨基酸序列的中心区 域为 基础制成以上进化系统树(FGF15使用小鼠的氨基酸序列)。树中横线显示氨基酸序列偏离程 度,箭头所指为人类FGFs在染色体上的位置〔3,6〕(注:人类 FGF15基因和FGF16 基因位置未 确定)。
  多数FGFs(FGF3~8、10、15、17~19、21~23)的N末端具有典型的信号序列分泌蛋白。 然而F GF19、FGF16和FGF20虽然没有明确的信号序列却能高效地分泌到细胞外〔3〕。FGF1 和FGF2也缺乏信号序列和正常的分泌途径,却能出现在胞外基质,推测两者可能来自受伤的 细胞,或者通过与内质网-高尔基体通路不同的细胞脱颗粒机制进行释放。此外 ,FGF11~14没有信号序列,认为这些FGFs被储留在胞内〔1〕。
  FGFs不仅存在于脊椎动物体内,也存在于无脊椎动物体内。通过基因组的解读,在果蝇和C.  e legans分别找到1种FGF(branchless)〔1〕和2种FGFs (egl-17和let-756)〔9〕,斑马鱼(zebrafish)有4种FGFs (FGF3、8、17、18),爪蟾 (xenopus)则有6种FGFs〔(FGF(i)、(ii)和FGF3、8、9、20〕,鸡有7种FGFs ( FGF2、4、8、12、14、18、19),然而在E.coli和S.cerevisiae等单细胞生物中未检到 FGFs,显示FGFs家族成员在向脊椎动物进化的过程中呈现增加的趋势〔3〕。
  图1是FGFs家族进化树及其基因定位〔1,3,6〕。FGFs可以分为几个亚组,FGF10 和F GF7同属于角朊细胞生长因子(KGF)组。除FGF15外,以22种人 FGFs 氨基酸序列的中心区域 为&

nbsp;基础制成该进化系统树 (FGF15 使用小鼠的氨基酸序列)。横线显示氨基酸序列偏离程度 。箭头所指为人FGFs在染色体上的位置〔3,6〕 (注:人FGF15基因和FGF16基因位置 未确定)。

3  FGFs基因敲除(KO)与功能解析

  目前已经报告11种 FGFs KO小鼠,其表型多种多样(表1)。FGF1和 FGF2因广泛表达于胚胎 和成体组织器官,并因参与组织器官修复而倍受关注〔10〕,但在其基因敲除小鼠身上不是完全正常就是仅有轻微异常。此前曾推测,FGF1和 FGF2 KO小鼠几乎不发生异常 的原因可能与两者结构和生物活性类似、可相互弥补对方的功能

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