Small Molecule Signaling in Caenorbditis elegans

《Small Molecule Signaling in Caenorbditis elegans》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、秀丽隐杆线虫中的小分子信号FrankC.Schoroeder哈佛医学院，波士顿，马萨诸塞州哈佛医学院生物化学与分子药理学系02115摘要：虽然在很多年前便已经完成秀丽隐杆线虫基因组测序，但是对于生物小分子信号在的作用仍知之甚少。最近媒体报道了两种甾体类信号分子，这两种甾体类信号分子通过核受体DAF-12调节秀丽隐杆线虫生长繁殖及多尔停顿期。这两种化合物，被命名为胆酸，代表秀丽隐杆线虫284种核受体中的第一种内源性配体。因其生命周期短及遗传温和性，长期以来，秀丽隐杆线虫一直是遗传学家和分子生物学家所钟爱的有机体。作为基因组被测序完成的第一批生物

2、体之一，秀丽隐杆线虫的许多生理途径与更高等动物的相应的生理途径具有相似性，这对于人类疾病相关的研究具有重要的意义。其特定的意义在于信号途径调节发育，包括控制生长、繁殖成熟以及线虫的最终寿命，从而为更为高等的动物中的类似的内分泌信号提供线索。令人惊讶的是，小分子信号在秀丽隐杆线虫内分泌信号中的作用鲜为人知。Motola等人(1)利用遗传信息来推导出一种小分子信号的结构、功能的著名例子，现在已确定了两种甾体类激素，dafachronicacid1和dafachronicacid2（图1），就如期待已久的内源性配体的核受体DAF－12一样。图1.通

3、过DAF-12调控线虫生殖生长。在有利的环境条件下，信号通过TGF-β和胰岛素/胰岛素样生长因子激活合成Δ4-Δ7-dafachronicacid（1和2）所需的包括daf-9在内的基因，Δ4-Δ7-dafachronicacid与促进生殖生长DAF-12结合。在不利的条件下，DAF-9是无活性；因此该dafachronicacid合成停止，从而没有配体结合的DAF-12诱发多尔滞育（未显示）。daf-36的功能就像Rieske样氧化酶，其中诱发了2中的Δ7双键合成(8)线虫的生命周期，在成年以前通常包括四个幼虫时期，其中包括一个独特的代谢滞

4、育期，滞育期似乎使幼虫停止老化。在不利的环境条件下，生长与生殖成熟相比具有优先性，幼虫进入所谓的“dauer”阶段（用德国“dauer”代表持久），相比线虫14天的正常寿命而言，可被替代的、不进食的幼虫期可以持续长达2个月(2)。当恢复有利条件时，dauer幼虫开始进食并恢复正常发育直到成年。这样一个明确的代谢滞育阶段的发现表明存在一个精心设计的通路，其控制和协调过渡整个生物体相关阶段所需的细胞程序(3)。事实上，与dauer形成有关的基因研究提出了在代谢调节、生殖发育，线虫寿命方面的的令人瞩目的见解。遗传筛选突变体，要么不能达到dauer的

5、阶段，要么形成的dauer幼虫是由已经确定36个基因直接参与调控的dauer阶段(2)。核受体DAF-12似乎是控制dauer停顿期形成的信号通路中的一个主开关（dauer形成）。丢失DAF-12以及某些DAF-12突变体将导致幼虫不能获得dauer阶段，并进一步发展为异时性的表型，dauer阶段的形成以及适当的发育时间需要DAF-12(3)。DAF-12线虫是至少284个核受体中的一个，其中许多核受体已被证明在生殖发育和代谢起着重要作用(4)；然而，在Motola等人确定dafachronicacid之前，不曾确定一个调节它们功能的单一受体

6、。在DAF-12的情况下，有力的证据不断表明存在着抑制其多尔停顿期活动和触发生殖发育相关功能的小分子配体。两个重要的信号转导通路交汇于DAF-12，胰岛素/IGF-1（类胰岛素生长因子1）通路通过daf-2和和转录因子DAf-16起作用，DAf-16是蠕虫基因FOXO的同源基因，以及TGF-β（转化生长因子β）信号通路，通过daf-4和Smad转录因子daf-3起作用（图1）。这些途径已被证明使非自主性细胞运作，这表明它们直接或间接诱导小分子配体DAF-12产生。特别重要的是发现了仅在一些特定的细胞类型中表达的细胞色素P450酶CYP2，DA

7、F-9，是上游DAF-12之后使非独立细胞直接运作的配体(5)。此外，daf-12突变映射的假定激素的预测结合位点与DAF-10突变体的十分相似(6)。作为哺乳动物CYP2酶可以代谢的类固醇激素和脊椎动物的同源DAF-12代表类固醇激素受体(3)，看起来，DAF-10参与甾体配体DAF-12的合成。更多的证据表明，来自野生型蠕虫的脂溶性提取物能拯救由于daf-9缺陷产生多尔构造的蠕虫个体DAF-10缺陷(7)，表明这些提取物中存在着可疑固醇激素。为了确定可疑的小分子激素，传统的天然产物化学家可能已经采取蠕虫脂溶性提取物的行动引导分馏法，来分离

8、纯化的活性组分并通过光谱法确定它们的结构。然而，Motola等人采用了不同的方法。第一步，他们筛选各种市售的用来与DAF-12结合的类固醇，通过gal4-daf-1