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        TMEM家族成員免疫功能的研究進展

        2016-01-31 03:28:08魏晶,陳紀飛,王冰
        中國免疫學雜志 2016年1期
        關鍵詞:家族成員通路

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        TMEM家族成員免疫功能的研究進展

        魏晶陳紀飛①王冰王世儀喬鋆田飛李芳

        (大連醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院免疫學教研室,大連116044)

        ①廣西醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院檢驗科,柳州545005。

        2006年5月18日,Nature雜志公布了人類1號染色體的基因測序圖,人類基因組計劃完成,生命科學研究進入了功能基因組時代。雖然人類基因組全部序列已確定,但對許多基因的功能仍一無所知?;诖?,跨膜蛋白(Transmembrane protein,TMEM)家族成員便成為研究對象,綜合TMEM現(xiàn)有的功能報道文章,發(fā)現(xiàn)其多與細胞間、細胞內的信號傳導、免疫相關疾病以及腫瘤發(fā)生、發(fā)展等相關,并且對這類蛋白進行了分型以及蛋白家族的確立,如MS4A家族、Anocta min家族等。TMEM參與多項生理過程,如構成質膜的離子通道、活化信號轉導通路、介導細胞趨化、黏附、凋亡、自噬作用等。但對家族成員功能報道的文獻甚少,表明對其研究仍處于初級階段,也為該領域研究提供了廣泛空間。

        針對人類基因組計劃誕生的大批新基因,國家基因組研究中心開展了400個以上未知功能的人類分泌蛋白和轉錄因子編碼基因的克隆、表達、活性篩選及功能鑒定的工作,希望能夠從中發(fā)現(xiàn)一些新的具有重要功能意義的基因[1]。迄今公認的人類編碼蛋白質的基因數(shù)量大約在20,000-25,000個,其中大部分基因功能尚不明確,因此,大量人類新基因和蛋白質的功能仍有待研究,其中必然包括免疫相關基因。新近研究發(fā)現(xiàn)TMEM蛋白在人免疫相關疾病以及腫瘤的發(fā)生發(fā)展中也起到重要作用,雖然人們對其發(fā)揮作用的機制尚不清楚。本文列舉家族中幾個有功能報道的TMEM成員,對其主要功能進行綜述,以期對家族中其他成員的功能或機制研究有所提示。

        1TMEM9B

        1.1生物學背景對TMEM9B進行生物信息學分析發(fā)現(xiàn),該基因定位于11p15.3,等電點為8.35[2],結構中含兩個跨膜螺旋,在第33位氨基酸處有信號肽切割位點,成熟狀態(tài)的蛋白質分子量為19KD,為糖基化蛋白[3],主要定位于溶酶體膜,在免疫細胞、胎盤及全血中高表達。

        1.2對NF-κB通路的影響研究表明TMEM9B在激活NF-κB的過程中具有明顯的劑量依賴性,呈正相關,TMEM9B過表達能明顯降低細胞內IκB(Inhibitor κB)蛋白含量,促進NF-κB入核,引起293T、HeLa細胞凋亡[2]。表明TMEM9B是活化NF-κB通路同時引起細胞凋亡的基因,但其引發(fā)凋亡的機制尚不明確。對NF-κB通路的相關信號轉導機制深入研究,有助于進一步了解疾病發(fā)生的分子機制[4]。TMEM9B也是TNF激活MAPK通路的重要分子[3],MAPK途徑中誘導細胞凋亡的過程中發(fā)揮了重要作用,進一步說明TMEM9B與凋亡相關或具有調控炎癥信號通路活性的作用。因此,TMEM9B也有望成為疾病治療過程中藥物作用的潛在靶點。

        此外,TMEM9B除了可以激活NF-κB通路外,對衰老有一定的促進作用,其研究結果表明沉默TMEM9B后能繞開成纖維細胞衰老[5],但對其作用機制仍不明確。

        2TMEM16

        2.1分類及背景研究對TMEM16的研究開展較早,功能報道較多。研究者更習慣稱TMEM16為Anocta min。哺乳類動物Anocta min家族包括10個成員,不同物種之間序列高度保守,并推測具有類似的拓撲結構。Ano1與其他9個成員共同組成Anocta min家族,所有Anocta min蛋白結構類似,推測含有8個呈高度保守的跨膜結構域,包含胞質側氨基末端和羧基末端。TMEM16A(Ano1)和TMEM16B(Ano2)的表達類似,對TMEM16A的研究更集中,對該家族其他成員的作用尚不清楚。TMEM16A基因定位于人類染色體11q13的CCND1-EMS1,含26個外顯子,編碼產物是由986個氨基酸組成具有8個跨膜區(qū)的膜蛋白,分子量為114 kD[6,7]。

        2.2與鈣離子激活氯通道及腫瘤相關人們對Anocta min家族的生物信息學背景早已了解,但直到2008年,才發(fā)現(xiàn)TMEM16A能夠編碼鈣離子激活氯通道(Calcium-activated chloride channels,CaCCs)[8-11]。迄今,只證實TMEM16A和TMEM16B能夠產生Ca2+激活的Cl-電流[8-13],從家族成員跨膜結構域高度保守的角度推測其他Anocta min也可能作為Cl-通道起作用。TMEM16A在CaCCs廣泛存在的多種上皮組織都有表達,尤其是氣管上皮組織[8,9,14,15]。Rock等[16,17]研究發(fā)現(xiàn)TMEM16A敲除小鼠氣管軟骨環(huán)的形成發(fā)生改變,導致小鼠出生后不久便會死于氣管塌陷引起的窒息。還發(fā)現(xiàn)TMEM16A敲除的小鼠Ca2+依賴的Cl-分泌明顯減少,并且在氣道積聚了大量黏液。證實了TMEM16A的本質是鈣離子激活氯通道。

        此外,TMEM16A的另外一個重要特征是其在多種腫瘤組織存在過表達。臨床上經常提到與腫瘤相關的DOG-1(Discovered on gastrointestinal stromal tumors protein 1)、ORAOV2(Oral cancer overexpre-ssed protein 2)以及TAOS-2(Tumor-amplified and overexpressed sequence 2)本質上就是TMEM16A,在多種腫瘤組織尤其是胃腸道腫瘤高表達[18]。由于CaCCs在細胞增殖、遷移以及癌細胞對凋亡刺激耐受性等方面發(fā)揮重要作用,因此TMEM 16A可能成為腫瘤治療的潛在靶點。但也有文獻指出TMEM16A過表達可能源于包含該基因的染色體區(qū)域的擴增效應,該染色體區(qū)域也包含了許多其他與腫瘤細胞存活、增殖及侵襲相關的基因[19-21]。

        TMEM16B表達于光感受器和嗅感覺神經元。在光感受器中,TMEM16B存在于突觸膜上,可能介導突觸排出。在嗅感覺神經元中,它表達于嗅纖毛并類似于經典的嗅覺CaCCs,參與大多數(shù)氣味誘導的去極化電流生成[22]。但迄今對其具體作用鮮有深入研究報道。

        3TMEM74

        3.1生物學背景TMEM74的cDNA是從人類食道cDNA圖譜中發(fā)現(xiàn),定位于8q23.2,由2 087 bp組成,ATG起始密碼子周圍序列遵循Kozak序列規(guī)則[23]。序列中包含兩個外顯子和一個內含子,編碼由305個氨基酸組成的蛋白質,分子量為33.33 kD,等電點為4.87。亞細胞定位分析TMEM74被證實定位于溶酶體和自噬小體上。數(shù)據(jù)庫資料分析顯示,TMEM74基因在人、獼猴、牛、褐家鼠、小家鼠高度保守,與已知的基因或蛋白無明顯同源性[24]。

        3.2與HeLa細胞自噬相關在HeLa細胞中,TMEM74過表達會引起吞噬小泡廣泛形成,并且提高丹酰戊二胺(MDC)、GFP轉染組微管相關蛋白(GFP-LC3)的點分布以及上調內生LC3-Ⅱ的水平[24]。MDC印記以及LC3表達水平,均是反映細胞自噬作用強弱的常用指標[25,26]。進一步研究使用可以阻斷自噬作用的渥曼青霉素(磷脂酰肌醇3-激酶抑制劑),能夠完全抑制TMEM74過表達所造成的自噬作用[24]。此外,在通過siRNA技術建立TMEM74敲除模型中,饑餓介導的自噬作用基本被消除[24]。自噬存在于機體多種病理生理過程中,但其發(fā)揮的具體作用尚未完全闡明,值得研究者關注。

        4TMEM132

        4.1分類及相關背景TMEM132家族已發(fā)現(xiàn)共有5個成員,分別是TMEM132A、B、C、D、E。在分析TMEM 132E與恐慌癥關系時,追蹤到染色體17q11.2-q12區(qū)帶,該區(qū)域包括TMEM132E的基因編碼區(qū)[27],TMEM132A(又稱HSPA5-binding protein1)和TMEM132E均屬單次跨膜糖蛋白,但迄今對家族中其他成員鮮有報道。

        4.2與神經精神系統(tǒng)相關TMEM132A編碼產物可能和大腦在胚胎期以及出生后的發(fā)育有關,此外也與壓力相關基因被調整后的神經細胞存活有相關性[28]。TMEM132D的編碼產物與神經細胞間的相互連接和信號傳導有關[29]。另有一項研究表明TMEM132D在神經細胞中的表達產物與肌動蛋白存在同一區(qū)域[30]。在TMEM132E上游和下游分別發(fā)現(xiàn)了與驚恐性障礙(PD)和躁郁癥相關的單核苷酸序列,推測TMEM132E可能提高PD等精神疾病的發(fā)病風險[27,31]。該家族成員與神經精神系統(tǒng)關聯(lián)性較大,而免疫功能又與神經精神因素密切相關,可以將此作為深入研究的切入點,但對該家族其他成員的功能還未被報道。

        5TMEM176A和TMEM176B

        5.1相關背景TMEM176A和TMEM176B(又稱LR8,Torid,Clast1)屬于MS4A家族[32,33]。TMEM176A和TMEM176B定位第7號染色體(鼠源性定位第6號染色體)[33]。TMEM176A最早是在肝癌抗原中被發(fā)現(xiàn),Tmem176A(鼠源性用Tmem表示,人源性用TMEM表示)在蛋白尿小鼠腎組織中高表達[34]。TMEM176B表達廣泛,TMEM176B則最早在肺成纖維細胞中被發(fā)現(xiàn)[35],但在同種異體移植小鼠模型的抗原遞呈細胞中表達上調[33]。

        5.2與移植免疫及腫瘤免疫相關對TMEM176A和TMEM176B的文獻報道主要集中在移植和腫瘤方面,TMEM176A在HCV感染復發(fā)的移植肝中檢測到其表達升高[36]。在小鼠實驗中,Tmem176BmRNA表達水平與移植器官的耐受高度關聯(lián)[37]。Maeda等[38]人的實驗結果發(fā)現(xiàn)Tmem176B在同種異體移植出現(xiàn)移植物耐受的小鼠體內發(fā)現(xiàn)了該基因過表達,提示TMEM176A和TMEM176B與移植免疫相關,其過表達可能會抑制移植術后免疫排斥。除此還有文獻指出,Tmem176B基因敲除小鼠由于小腦顆粒細胞缺陷更易產生不定時發(fā)作的共濟失調。

        Tmem176A與Tmem176B蛋白結構類似,均對樹突細胞成熟有抑制作用[39],推測可能會抑制機體抗腫瘤免疫。TMEM176A和TMEM176B在人類多種組織之間的表達存在明顯差異,兩者共同定位在細胞質膜和胞內囊泡的膜上,進一步證實二者的表達水平與多種腫瘤組織存在顯著關聯(lián),并提出TMEM176A與TMEM176B蛋白的比例有望成為淋巴瘤、黑色素瘤、乳腺腫瘤和肝臟腫瘤的生物學標志物[40]。TMEM176A表達在肝臟惡性腫瘤,目前尚無進一步研究[41],TMEM176B與人類非小細胞肺癌相關[42];TMEM176A和TMEM176B的不正常CpG島甲基化還與乳腺腫瘤相關[43];在肝腫瘤組織中,TMEM176B的5′端和3′的轉錄水平均有明顯降低[44]。二者機體抗腫瘤免疫中起的作用還需進一步深入研究。

        6討論及展望

        人類基因組計劃的目的是解碼生命、了解生命起源、認識種屬之間和個體之間存在差異的起因、認識疾病產生的機制,為疾病的診治提供科學依據(jù)。因此深入研究序列已知功能未知基因對基因診斷、基因治療、基于基因組信息的疾病預防、疾病易感基因識別等意義重大。

        現(xiàn)在研究局限于針對TMEM系列個別蛋白的功能,并且在功能研究中,對引發(fā)該功能的機制多數(shù)仍尚不明確。因此,擴大對TMEM家族的研究范圍或者深入對其作用機制、研究可以作為下一步的研究方向。

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        [收稿2015-01-20]

        (編輯許四平)

        通訊作者及指導教師:李芳(1958年-),女,教授,博士生導師,主要從事細胞因子以及新基因功能研究,E-mail:lifang16@hotmail.com。

        作者簡介:魏晶(1979年-),女,博士,講師,主要從事功能基因組學相關研究,E-mail:weijingdl@126.com。

        中圖分類號R392.1

        文獻標志碼A

        文章編號1000-484X(2016)01-0127-04

        doi:10.3969/j.issn.1000-484X.2016.01.030

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