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胰岛素样生长因子结合蛋白-4的基因结构及表达调控研究

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维普资讯 http://www.cqvip.com 特产研究 SpecialWildEconomicAnimal andPlantResearch 73 文章编号:1OO1—4721(2OO8)02-0055—03 胰岛素样生长因子结合蛋白一4的基因结构及表达调控研究 王桂武 -一,杨福合z※,孙红梅 ,鲍加荣 (1.吉林农业科技学院,吉林吉林1321091; 2.中国农业科学院特产研究所,吉林吉林132109) 摘要:IGFBP--4是分子最小的IGFBP,它以糖基化和非糖基化两种形式存在于所有的生物流体中。表达IGFBP--4的细胞和组 织极其广泛,并且其表达调控机制也因细胞类型不同而有所差异。本文主要是对IGFBP--4的基因组成、基因表达与调控、IGF- BP--4蛋白结构与功能的关系进行了综述。 关键词:胰岛素样生长因子结合蛋白--4;基因结构;表达调控 中图分类号:Q78 文献标识码:A Progress of the Genomic Organization,Expression and Regulation of Insulin...1ike Growth Factor Binding Protein-4 Gene WANG gui—WU ,YANG fu—he2,SUN hong-mei2,BAO jia-rong2 (1.Department of Animal Science,Jilin Agricultural Science&Technology College,Jilin 132109,China; 2.Institute of Special Wild Economic and Plnat Science,CAAS.,Jilin 132109,China) Abstract:IGFBP--4 is the smallest ofthe six high—affinity IGFBPs.It e】【ists in both non-glyeosylated and glycosylated forms in all biological fluids.In this review.we summarize the present knowledge of the genomic organization of the IGFBP--4 gene,struc— ture-function relationships of IGFBP--4,nad IGFBP--4 expression and its regulation. Keywords:IGFBP--4;G-enomic organization;Expression regulation 在不同的生理和病理条件下,IGFs对细胞的生 胞类型不同而有所差异。本文主要是对IGFBP--4的基 长、生存及分化等多种功能进行调节。IGF的作用又受 因组成、基因表达与调控、IGFBP--4蛋白结构与功能的 到高亲和力的6种IGF结合蛋白(IGJ P一1~_6)的整 关系进行了总结。 体性的或局部性的调控。不同的IGFBP在结构上具有 1 IGFBP一4基因的基因组结构 相似性,但在功能上它们又有各自的独特性。其中, 人的IGFBP--4基因位于第17条染色体【l】,长度大 IGFBP--4是分子最小的IGFBP,它以糖基化和非糖基 约为15.3kb。根据现有的基因组测序结果,小鼠IGF- 化两种形式存在于所有的生物流体中。表达IGFBP-4 BP_4基因位于第ll条染色体上,长11.3kb。大鼠 的细胞和组织极其广泛,并且其表达调控机制也因细 IGFBP--4基因长度至少为12kb闭,人和大鼠的IGF- 收稿日期:2008-03—23 基金项目:国家科技支撑计划项目(2006BAD6B06) 作者简介:王桂武(1970-),男,吉林榆树人,在读博士生,主要从事动物营养及分子育种的教学与研究工作。 通讯作者:杨福合(1956-),男,研究员,博士生导师,从事特种经济动物遗传育种研究。E-mail:Yangfh@163.com 维普资讯 http://www.cqvip.com

74 特 产 研 究 2008年第2期 BP-4基因均由4个外显子和3个内含子组成,这使它 肌、胰脏、子宫和胎盘,小鼠脊髓,小鼠和人的胸腺,人 们的基因结构与其它的IGFBPs(IGl P-3除外)相似。 人和大鼠的IGFBP--4基因剪切位点具有高度的保守 性,但是它们的内含子大小略有不同[31。小鼠不同细胞 类型存在大小不同的转录本,提示小鼠细胞中存在有 额外的非IGF结合型的IGFBP--4变异体。对已经发表 的大鼠、人和小鼠的IGFBP--4基因序列进行比较发 现,总体上IGFBP--4基因启动子具有高度的进化保守 性,在启动子的局部区域保守性不强,三者间存在差 异。与啮齿类IGFBP-4基因启动子序列不同的是,人的 IGFBP--4基因转录起始密码子上游多了1个12bp的插 入子 。IGFBP--4基因启动子具有—个典型的TATA盒 和1个CA_AT盒。3个品种的IGFBP--4基因5’一区存 在一些潜在的调控元件,如cAMP反应元件、类固醇反 应元件、AP一1结合位点、sp一1结合位点等 。这些顺 式调控结合位点为各种自身基因产生的和系统调控性 的因子(如cAMP、PrrH、类固醇受体超家族的各种配体 (如糖皮质激素、视黄酸、三碘甲腺原氨酸和VD))提供 了作用靶位。以便对IGFBP--4基因表达进行调控。数 个Alu重复序列成簇位于人类IGFBP-4基因上游,平 均每kb长度有1个Alu重复序列分布,这个频率比人 类基因组中正常的分布频率要高16]。这表明IGFBP-4 基因是AIu重复序列整合的热点区域。Alu高密度区通 常是基因组的不稳定区,表现出高度的序列多态性啊。 除了Alu重复序列之外,在IGFBP-4基因中还有一些 微卫星多态性。其中之一用于遗传性乳房一卵巢癌的 遗传标记,在IGFBP-4基因的第1个内含子中还有一 个高度多态性的微卫星序列嘲。 人类IGFBP-4基因3’端一个典型的poly(A)切割 位点,在上游3Obp范围内没有检验到保守的加A信 号。但是这个区域有1个AAAAAA和数个AACAAA 共有序列,它们可以形成1个退化的加A信号。虽然个 别不含有标准AAUAAA序列的真核基因能够发生可 变聚腺苷酸化,但对人类IGFBP--4基因并非如此,因 为尚无有关IGFBP--4基因mRNA长度变异和发现可 变聚腺苷酸化位点的报道l3】。 2 IGFBP一4基因的表达及调控 在各种生物流体中都已经检测出有IGFBP-4存 在,包括血清、卵泡液、精液、细胞间液和关节液阀。 IGFBP--4是大鼠血清中含量最高的IGFBP之一,仅次 于IGFBP一3。Northern blot分析表明,IGFBP--4 mRNA 在成年大鼠各种组织中广泛表达,包括肾上腺、睾丸、 脾脏、心脏、肝脏、肺脏、肾脏、胃、下丘脑和大脑皮质, 而以肝脏表达最为丰富[91。在大鼠的小肠、平滑肌、骨胳 的前列腺、骨和卵巢也都有IGFBP---4表达。lld小鼠胚 胎的多种组织都能检测到IGFBP--4转录,如端脑、中 脑、鼻口部、舌和分化的骨节。14d的小鼠胚胎脑部检测 不到IGFBP--4 mRNA,但是在肺、肝、肾、肠、椎骨等部 位很容易检测到。免疫组化分析表明,在13.5d小鼠胚 胎中IGFBP--4蛋白分布于端脑、中脑、心、肺、肝、肾、 舌和血管等组织[1o1。以上结果表明,IGFBP--4表达受到 发育阶段的调控。同时,激素、细胞因子和其它活性因 子控制IGFBP--4的组织特异性表达。与IGFBP-4的体 内广泛表达一样,几乎各种体外培养的细胞都能表达 IGFBP--4,包括成纤维细胞、成骨细胞、成肌细胞、上皮 细胞、内皮细胞、软骨细胞和许多种类的肿瘤细胞。 IGFBP--4体外表达受到细胞特异性的多种生物活性因 子的调控。 3 IGFBP一4蛋白结构与功能的关系 人hIGFBP-4蛋白含有237aa,而大鼠rIGFBP--4 蛋白则由233aa组成。IGFBP--4含有一个N一糖基化位 点,在生理环境中通常以二联体形式存在,1个24 kDa 非糖基化形式和1个28 kDa糖基化形式的[111 ̄由 IGFBP--4基因的第2个外显子编码的可变的L一结构 域具有2个额外的彼此之间相连的Cys残基n习,这在6 个IGFBPs中是独一无二的㈦。IGFBP-4所特有的抑制 作用以及缺少与细胞表面的联结可能与这些特性有 关。IGFBP--4通过阻止IGFs与其受体结合而抑制IGF 的作用。IGFBP-4与IGFs结合是这种抑制作用所必需 的㈣。与IGF结合的结构域是IGFBP--4生理活性的主 要结构决定子。因此,阐明不同IGFBPs与IGF结合的 结构决定子对于从总体上了解IGFs的生物学特性,以 及阐明不同IGFBPs表现出不同功能特异性的原因具 有特别重要的意义。通常认为,各种高亲和力IGFBPs 与IGF结合的位点位于其N_.末端。基因突变分析表 明,hIGFBP--4结合IGF活性主要位于N一末端 LeuTM—Ser91区域和c一末端cys腼_Val 狭窄范围内嗍。 虽然多数IGFBPs的三维结构还没有测定,但是IGF- BPs中的二硫键对于维持它与IGF结合所必需的二级 结构是重要的,因为6种IGFBPs的N一和C一末端都 含有保守的Cys残基,减少Cys残基后IGFBPs与IGF 结合活性降低或没有结合活性【l司。另外,破坏rIGFBP-3 中的二硫键导致其与IGF结合能力完全丧失也为此观 点提供了直接的佐证【l61。hIGFBP-4与IGF结合结构域 中含有1个位于N_末端远端的疏水基序 Leu 2_Me ),对于与IGF结合的作用上,N一末端的 Cys残基(Cys and Cys )比N一末端的Cys残基(Cys玎 维普资讯 http://www.cqvip.com

第2期 王桂武,等:胰岛素样生长因子结合蛋白__4的基因结构及表达调控研究 75 and Cys∞)更加重要㈣。现已测定,rlGFBP-4和llIGI1- torbinding proteins in serum and other biological flids:u BP-4中均有8个二硫键,其中N一末端有4个(其中有 2个为6种IGFBPs所共有),c一末端有3个(IGFBP-2 和IGFBP--6中也与此相同),中央区1个‘12]。尽管 egulration and functions.【『】.Endocirne Reviews,1997,18: 8Ol—B31. 【9】Shimasaki S,Uchiyama F,Shimonaka M&Ling N Molec- ular cloning of the cDNAs encoding a novel insulin-like IGFBP-4结合IGF的能力主要是由其N一末端所含有 的保守的Cys残基决定的,但是其C一末端的6个保守 的Cys残基对于与IGFs形成高亲和力也是必不可少 的【l硼。有证据显示,IGFBP一3n研和IGFBP一2t2o.丑 的c一末 growthfactorbinding protenfirom ratandhuman.【J】.M0le.- cular Endocrinology,1990,4:1451—1458. 【10]van Kleffens M,Groffen C Dist NF,Lindenbergh-Ko- 端区域对于与IGF结合具有重要的作用。IGFBP-4中 c一末端的6个保守的Cys残基连接的方式与IGF- BP-2和-6中的相同 。 IGFBP一2和IGFBP-6有相同的与IGF-II结合的 偏好,具有相同的c一末端二硫键,推测不同的二硫键 可能影响与IGF-II的结合方式122]。但IGFBP-4与 IGF-I和IGF-II的亲和力相近,因此其C一末端其高度 保守的3个二硫键要么对结合IGF不起作用,要么它 们并不是唯一的决定子。 参考文献 【l】Allander SV,Bajlaica S,Larsson C,Luthman H,Powell DR, Stem I,Weber G,Zazzi H&Ehrenborg E Structure and c ̄omosomM localization of human insulin-like growth factor-binding protein genes.[J1.Growth Regulation,1993,3: 3-5. 【2】G-ao L,Ling N&Shimasaki S Structure ofthe rat insulin- like rgowth factor binding protein-4 gene.:Biochemical and Biophy sical Research Communications,1993,190:1053— 1059. 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