多种细胞体系Gq蛋白偶联受体和IP3受体偶联的研究

摘要

G蛋白偶联受体(GPCR)是目前已发现受体中种类最多的一类。这些受体在结构上有很大的相似性，由一条肽链形成，跨膜七次，N端在胞外，C端在胞内。这些受体与效应器间都通过G蛋白介导。G蛋白种类较多，但所有类型G蛋白都由3个不同的亚单位即a、β、γ所组成，a亚单位具有特异的GTP结合位点，有G3、P酶活性。根据G蛋白的a亚单位的结构，可将其分为6个亚家族：G<,s>，G<,i/o>，G<,q>，G<,t>，G<,g>和G<,12><'[1]>。由G<,q>蛋白偶联受体介导的磷脂酶C(PLC)信号系统是一种广泛存在的信号转导机制。G<,aq>蛋白激活后首先激活PLCB，进而水解胞膜PIP<,2>，水解生成两种第二信使IP<,3>与DAG，进而调控诸多细胞功能，例如离子通道功能、细胞周期、腺体分泌，等等。 IP<,3>受体广泛存在于细胞内质网膜上，它是一种能引发内钙释放的通道蛋白，能与IP<,3>结合，引发细胞内钙释放，导致内钙水平的升高，从而启动细胞内钙信号系统，通过依赖钙离子的钙调素等酶类活性的变化来调控一系列的生理过程。到目前为止，共有四种IP<,3>受体被发现，其中，Ⅰ型受体广泛存在于神经组织中。细胞内钙的释放在细胞信号转导过程中具有重要的作用。另外，钙信号的异常也参与了诸多病理过程中。 M 电流是在1980年由Brown和Admas在牛蛙的颈上交感神经节被首次发现，它是一种慢激活，非失活的电压依赖性外向钾离子电流，因其可被毒蕈碱受体强烈抑制而得名。自1998年以来人们逐渐认识到其分子基础是KCNQ家族(KCNQ2/3)的钾离子通道。M电流与神经系统的兴奋性密切相关。自电流被发现到现在20多年的时间里，人们对其调节机制做了大量深入的研究，目前已发现许多于G<,q>蛋白偶联的受体激活后均能引起M电流的抑制，并且膜磷脂酰肌醇4，5二磷酸(PIP<,2>)参与了膜受体的信号转导。已证实G<,q>蛋白偶联受体激活后，都会引起位于胞膜内侧的PIP<,2>水解，产生IP<,3>和DAG。已有的研究结果证实M<,1>受体的激活引起M电流的抑制是由于PIP<,2>的水解所为，而另外一种受体BK<,2>受体激活后虽然也产生IP<,3>和DAG，但它激活后所引起的M电流抑制是通过钙离子介导，由钙调素来实现的。同样是利用PLC信号通路的M<,1>受体和BK<,2>受体为何会分别利用PIP<,2>和钙离子来实现对M电流的调控?因此，目前对于这一问题有人提出了用微域结构来解释这种信号传导的特异性，他们认为BK<,2>受体与IP<,3>受体处于同一个微域结构内，因此BK<,2>受体激活后所产生的IP<,3>能以较大浓度作用于附近的IP<,3>受体，进而引起细胞内钙释放；而M受体和IP<,3>受体却没有形成相应的微域结构，因此其激活后所产生的IP<,3>在局部不能形成使IP<,3>受体激活的有效浓度，从而不能引起细胞内钙的释放。上述实验结论是建立在以大鼠颈上交感神经节为研究的基础上而得出的。众所周知，磷脂酶C信号通路是一种广泛存在于众多生命形式中的信号转导机制。因此，这种信号转导的差异性在其他的神经细胞是否存在还不得而知。这一问题的阐明，将对深入了解磷脂酶C信号通路的多样性具有至关重要的意义。本小组前期的研究结果表明：在不同的神经细胞中，M<,1>，BK<,2>，H<,1>，AT<,1>受体激活后虽然都可以水解PIP<,2>，产生IP<,3>和DAG，但是引发内钙释放的作用之间存在明显不同，在颈上神经节细胞内BK<,2>，H<,1>，AT<,1>受体激活后均可以引起内钙的升高，而M<,1>受体则不能。在海马神经细胞内，BK<,2>，H<,1>，M<,1>受体激动后引起内钙升高，而AT<,1>受体则不能。在HEK293细胞内，过表达M<,1>和BK<,2>受体引起的内钙释放与神经细胞又有所不同，二者均可以引起内钙升高。在爪蟾卵母细胞过表达M<,1>和BK<,2>受体也均可以引起内钙的升高。本实验以大鼠颈上交感神经节细胞、海马神经元、HEK293细胞、爪蟾卵母细胞为研究对象，利用免疫共沉淀技术观察不同G<,q>蛋白偶联受体和位于内质网膜上IP<,3>受体之间的关系，探究是否存在一种信号微域以及其特点，从而为G<,q>蛋白偶联受体的信号通路的多样性寻找生化依据。 目的： 利用免疫共沉淀技术，在两种不同类型的神经细胞、HEK293细胞以及爪蟾卵母细胞，观察不同G<,q>蛋白偶联受体与内质网IP<,3>受体之间的关系。 方法： 采用免疫共沉淀(coimmunoprecipitation)，SDS-PAGE，Western blot等方法观察在颈上交感神经节和海马神经元中上述四种G<,q>蛋白偶联受体与内质网IP<,3>受体之间的关系。在HEK293细胞中，利用脂质体转染的方法外源性表达M<,1>、H<,1>、AT<,1>、：BK<,2>受体，观察这四种受体与IP<,3>受体的关系。在爪蟾卵母细胞中，利用体外转录的RNA在卵母细胞外源性表达M<,1>和BK<,2>受体，观察这两种受体与IP<,3>受体之间的关系。 结果： (1)在颈上神经节和海马神经元中，均可检测到M<,1>、H<,1>、AT<,1>、BK<,2>受体的表达。(2)在颈上神经节和海马神经元中，均可检测到IP<,3>受体的表达。(3)免疫共沉淀的结果表明，在颈上交感神经节中，H<,1>、AT<,1>、BK<,2>受体均可以和IP<,3>受体共沉淀，未发现M<,1>和IP<,3>受体共沉淀。在海马神经元，AT<,1>受体可以和IP<,3>受体共沉淀，未发现M<,1>、H<,1>、BK<,2>受体和IP<,3>受体共沉淀。(4)在分别外源性表达M<,1>、H<,1>、AT<,1>、BK<,1>受体的HEK293细胞中，均可以分别检测到四种受体的表达。(5)在外源性表达这四种受体的HEK293细胞中，均可以检测到IP<,3>受体的表达。(6)在过表达这四种受体的细胞中，M<,1>、BK<,2>、AT<,1>与IP<,3>受体共沉淀，而H<,1>受体不能与IP<,3>受体共沉淀。(7)在过表达M<,1>和BK<,2>受体的爪蟾卵母细胞中，均可以检测到这两种受体的过表达。(8)在过表达M<,1>和BK<,2>受体的爪蟾卵母细胞中，均可以检测到IP<,3>受体的表达。(9)在爪蟾卵母细胞中，这两种受体均可以和IP<,3>受体共沉淀。 结论： (1) 在大鼠颈上交感神经节细胞中中，M<,1>受体和H<,1>、AT<,1>、BK<,2>受体与IP<,1>受体之间的关系不同，其中，H<,1>、AT<,1>、BK<,1>受体与IP<,1>受体相偶连，而M<,1>和IP<,3>受体之间不存在偶连关系。在海马神经元中，AT<,1>和IP<,3>受体相偶连，M<,1>、BK<,2>、H<,1>受体和IP<,3>受体之间不存在偶连关系。(2)在HEK293细胞中，M<,1>、H<,1>、AT<,1>、BK<,2>受体与IP<,3>受体之间存在偶连关系，与神经组织存在明显不同。(3)在爪蟾卵母细胞中，M<,1>和BK<,1>受体与IP<,1>受体之间存在偶联关系，与HEK293细胞中的结果一致。(4)不同组织细胞中不同GPCR与IP<,3>受体偶联有较大差异，其细胞生理学意义有待进一步阐明。

目录

论文说明：英文缩写

摘要

前言

材料与方法

结果

附图

讨论

结论

参考文献

综述 磷脂酶C通路中的信号微域与M电流调节

致谢

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