signaling kinase ampk activates

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1、信号激酶AMPK通过组蛋白H2B的磷酸化作用来开启应激调控的转录过程哺乳动物单磷酸腺苷--活化的蛋白激酶（AMPK）是一种丝氨酸--苏氨酸蛋白激酶复合体，它是细胞内能量自稳机制的核心调控子。然而，在新陈代谢应激条件下，AMPK如何调控细胞的应答反应？这一机制仍不清楚。我们的研究发现，AMPK激活的转录过程直接关联于相应的染色质及其组蛋白H2B36位丝氨酸的磷酸化作用。AMPK的募集和H2B36位丝氨酸的磷酸化作用内共定位于依赖AMPK激活的基因，包括启动子区和转录区。通过对H2B异位表达，把36位丝氨酸替换成丙氨酸，结果显示在应激条件下，转录作用降低

2、，RNA聚合酶Ⅱ与AMPK依赖型基因结合变少，而且细胞表现出较低的生存率。我们的研究结果表明，AMPK依赖型的H2BSer36磷酸化作用直接参与转录途径和染色质调控途径，从而使细胞面对应激压力表现出一定的适应性。信号传导途径通常会涉及到相关蛋白质的级联磷酸化反应，最后在核转录调控作用下结束。然而，这些通路过程的核心激酶并不是直接来调控转录过程。单磷酸腺苷--活化的蛋白激酶（AMPK）即是此类信号激酶的一种，当细胞处于能量胁迫情况下（如养分缺乏或者低氧胁迫），AMPK会被高浓度的底物--单磷酸腺苷所激活。AMPK的活化会开启一系列新陈代谢适应功能来维持

3、细胞的能量体系（三磷酸腺苷的保存）和保持细胞的生存能力。我们研究了AMPK信号途径中可能直接相关于转录过程的机制。首先，我们仔细研究了AMPK是否广泛地应答于细胞胁迫压力。我们将小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）进行了一系列的胁迫处理，如紫外线照射，γ射线照射，拓扑异构酶抑制剂喜树碱处理，可插入DNA的试剂阿霉素处理，烷化剂甲基硝基亚硝基胍或过氧化氢处理。结果发现，AMPK会被上述任意一种试剂所激活【AMPK活性环结构处的Thr172磷酸化及底物ACCα(乙酰辅酶A--羧化酶--α)磷酸化】（图1A）。LKB1是哺乳动物的三个上游AMPK激酶之一，在生物

4、能的胁迫下它可以激活AMPK途径。当应答于遗传毒性胁迫（紫外线照射）或新陈代谢胁迫作用【糖降解抑制剂2-脱氧葡萄糖（2-DG）处理】，LKB1同样也会激活AMPK途径。（补充部分S1）然后，我们利用野生型的MEFs以及AMPKα1、AMPKα2共缺失的MEFs（ampkα--/--）来检验应激条件下AMPK是否会影响细胞生存能力。实验结果表明，在受到新陈代谢胁迫（图1B和补充部分S2）、紫外线照射（图1B）或者过氧化氢处理时，ampkα--/--MEFs生存能力降低。这说明，当应答于各种新陈代谢胁迫及遗传毒性胁迫时，AMPK会提高细胞的生存能力。我们

5、的早期研究涉及到AMPK和LKB1在肿瘤抑制物p53依赖型的代谢胁迫及遗传毒性胁迫应答。我们对p53应答基因转录调控过程中的AMPK参与者进行了研究。无论对ampkα--/--MEFs进行脱葡萄糖处理还是紫外线照射处理，其p21（一个特征明显的p53靶基因）的诱导表达量都表现出降低（图1C和补充部分S3）。特别是在葡萄糖调控的基因表达研究中，p21的表达降低率基本相似与敲除p53基因的效果（图1C）。其他p53依赖型基因，包括reprimo（TP53dependentG2arrestmediatorcandidate）、cyclinG（细胞周期蛋白G

6、）、cpt1c（肉碱棕榈酰转移酶1C），在脱葡萄糖处理的ampkα--/--MEFs中都有表达量降低的现象。但是，我们的对照基因gapdh（甘油醛-3-磷酸脱氢酶，housekeeping基因），却没有受到影响（图1C和补充部分S4）。我们在人类癌症细胞（HCT116结肠癌）中也观察到一个类似的胁迫依赖型转录缺陷（补充部分S5）。紫外线照射处理引发的细胞转录缺陷都是出现在DNA损伤修复位点下游调控，在lkb1--/--、ampkα--/--细胞系中Chk1，Rad17，p53的磷酸化作用与对照组野生型的表征相似（补充部分S6）。由此，在细胞培养过程中

7、，LKB1-AMPK信号通路广泛响应于不同的新陈代谢胁迫和遗传毒性胁迫，并且是众多p53依赖型基因极端胁迫诱导表达所必需的，从而提高细胞的生存能力。图1.AMPK是应激依赖型转录所必需的，定位于应激—应答基因上。（A）当MEFs受到紫外线照射，γ射线照射（IR），喜树碱（CPT）处理，阿霉素（Adr）处理，甲基硝基亚硝基胍(MNNG)或过氧化氢(H2O2)处理后，细胞内AMPK的活化（AMPKαpThr172）和ACCα磷酸化（ACCαpSer79）的Westernblot。MEFs在UV、IR、CPT和Adr中暴露时间为6小时，在MNNG、H2O2

8、中处理30分钟。NT，未经处理；Glc，葡萄糖。（B）野生型（WT）MEFs和ampkα--/--MEFs在