钙库调控的钙内流

钙库调控的钙内流

0.钙库调控的钙-soc-c在大多数细胞中，朱元璋（pholipasc）与pip2一起激活细胞膜表面受体激活膜，并将其分解为ip3和dag。ip3与内质网膜上的受体结合，因此ca2+从内质网释放到细胞。随着胞内钙库的排空,位于质膜上的Ca2+内流通道被激活,使Ca2+由胞外进入胞质内,这个过程被称为钙库调控的钙内流(storeoperatedcalciumentry,SOCE),其通道称为钙库调控的钙通道(storeoperatedcalciumchannel,SOCC)。SOCC是目前研究较热的一种离子通道,任何能表现出钙泵依赖活性的通道都可归为SOCC,几乎存在于酵母到人类所有的真核生物细胞中。其开放与关闭由内质网/肌浆网中Ca2+贮量来调控,Ca2+通过SOCC进入胞质,泵入并填充钙库。目前研究最多也最具特点的为Ca2+释放激活的钙通道(CRACC),第一次在人类T细胞和肥大细胞中发现,相对于其它的SOCC来说,CRACC对Ca2+的选择性较高。1.质膜扩散信号1986年,Putney研究腮腺腺泡细胞胞内钙库Ca2+释放、外钙内流和钙库重载之间的关系时,首次提出了SOCE假说。信号从胞内钙库向质膜的传递存在两种基本的机制:扩散信号机制和胞内钙库与质膜通道的蛋白构象偶联机制。也有文献报道,信号激活可能是通过囊泡分泌由钙库传向质膜的。有研究发现,Ca2+首先通过质膜进入胞质,在钙库与通道之间并没有明显的连接,由此提出了扩散信号假说,其中涉及到扩散信使或钙内流因子(calcium-influxfactor,CIF)的作用,当钙库排空时,它从内质网释放,并激活质膜上的SOCC。CIF的概念首先由Takemura提出,并由Randriamampita和Tsien第一次在类胡萝卜素作用的T淋巴细胞细胞中分离。胞内钙库与质膜通道的蛋白构象偶联机制首先由Irvine引入,后来经Berridge进一步解释为:当胞内钙库排空时,由IP3信号机制调节细胞Ca2+内流,内质网IP3受体与质膜上的通道存在直接作用,这与骨骼肌中的兴奋-收缩偶联机制是相似的。2.作分子和基因型微生物过去对SOCC组成蛋白的研究重点一直在TRP超家族上。最近,在RNA干扰技术的基础上,确定了SOCE的两个组成分子:STIM1(Stromalinteractionmolecule1,基质相互作用因子1)和Orai1。哺乳动物有两个STIM蛋白:STIM1和STIM2;三个Orai蛋白:Orai1、Orai2和Orai3,普遍表达于不同的细胞类型。以下主要对SOCC中较新发现的STIM和Orai及其它们之间的相互作用进行概述。2.1stim蛋白2.1.1stim1及其缺失STIM1是一种主要定位于内质网上的Ⅰ型跨膜蛋白,含有多个不连续的结构域,包括N端信号肽、EF-hand结构域、SAM结构域,单次跨膜片段,C端螺旋卷曲结构域和S/P结构域等。2005年,Roos等在果蝇S2细胞中运用高通量的RNA干扰技术,对参与SOCE的170个靶基因进行筛选,首次明确STIM1是SOCE的重要成员;在JurkatT细胞中的研究发现,将STIM1基因敲除,会大幅降低CRACC的活性。Liou等在Hela细胞中对2304个靶基因进行研究,结果也显示STIM1是SOCE的重要蛋白。STIM1被认为是胞内钙库Ca2+的“传感器”,Ca2+敏感区是ER腔内的EF-hand结构。EF-hand结构域的基因突变,可能会降低其与Ca2+的亲和力,使STIM1对未排空的钙库敏感,导致SOCC非钙库调控的激活。STIM1的精确定位对于研究它在SOCE过程中的作用是至关重要的。目前主要存在三种假说:第一种假说认为,随着钙库的排空,内质网上的STIM1与质膜上的STIM1相互结合,这种假说要求质膜上也存在STIM1,且它对CRACC的激活是必需的;第二种假说认为,钙库排空之前,大部分STIM1定位于内质网膜,钙库排空后,STIM1设法移向并插入质膜。随着研究的不断深入,普遍认为STIM1仅定位于内质网上,随钙库排空,STIM1会聚集并形成“斑”状结构移近细胞表面,但不插入质膜。有实验室已证明,尽管质膜STIM1可能会存在,但在激活SOCE过程中并不是必需的。另外在肝细胞中的研究显示,当钙库排空后,STIM1的聚集会促进它的移位。这些研究都为STIM1作为SOCECa2+的“传感器”提供了强有力的证据。2.1.2stim2的表达对socc酶活性的影响STIM2也是一个Ⅰ型跨膜蛋白,含有833个氨基酸,与STIM1在多方面存在同源性,但它在调控Ca2+内流方面与STIM1的作用不同。在HEK293细胞中的研究发现,STIM2的表达几乎完全抑制SOCE;在A7rR5等细胞中,STIM2的表达也对SOCC的激活有很强的抑制作用。Brandman等的研究显示,STIM2是胞质Ca2+基底浓度的调节子,对内质网内Ca2+浓度的降低有一定的缓冲作用。2.2或亚洲蛋白质2.2.1glns129dOrai1是定位于质膜上的四次跨膜蛋白。对Orai1的突变研究显示,人类Orai1106位的Glu若突变为Arg(E106A),会产生一个无功能性通道;但若突变为Asp(E106D),则会产生一个功能性通道,并且对Ca2+的选择性也降低;若190位的Glu突变为Asp甚至是Arg,对于通道功能没有影响;但若突变为Gln(E190Q)就会降低其对Ca2+的选择性。这个位点Glu的完全缺失对Ca2+的选择性没有影响,但是突变为Gln后可能会改变通道的二级或三级结构,使其不再作为通道孔隙Ca2+结合位点的一部分。所有这些结果显示,Orai1是SOCC孔隙形成的重要亚基。Mignen等提出功能性CRACC孔隙是由Orai1四聚物形成的,所以对Orai1进行生物化学和结构学的研究是必需的。2.2.2功效顺位or教学哺乳动物细胞中还存在两种Orai1的同源蛋白:Orai2、Orai3。Mercer等人在HEK293细胞中对Orai异常表达的研究证明,所有的Orai蛋白都能加大SOCE,功效依次是Orai1>Orai2>Orai3;且Orai3有能力补救Orai1敲除对细胞产生的影响。Dehaven等的研究显示,Orai1、Orai2、Orai3通道都能被胞外Ca2+抑制,且Orai3通道对钙库排空过程有一定的抑制作用。Vig等报道,在新生小鼠胸腺和脾脏淋巴区域未能检测到Orai1,且野生型小鼠胸腺和T细胞中Orai2mRNA表达水平高于Orai1和Orai3。对小鼠Orai2异构体与STIM1共表达的研究说明,Orai2形成CRACC的能力依赖于细胞类型和Orai与STIM在细胞中的表达水平。2.3其他辅助蛋白的作用SOCE信号通路由Ca2+“感受器”STIM1开始,并且在组成通道的部分或全部Orai1激活时达到顶点。大多数研究认为,STIM1聚合形成“斑”状结构并向质膜靠近,直接与Orai1通道相互作用。Yermomin等报道果蝇的Orai1与STIM1能够产生免疫共沉淀,并且它们之间的这种连接会因为钙库的排空而增加;而Feske等却没有发现这一现象。Luik和Xu等的工作也明确指出,STIM1和Orai1之间的联系发生在非常短的距离内,Orai1在STIM1“斑”形成位点聚集,并且Ca2+内流也受这些膜位点的限制。Li等的研究证明,STIM1C末端的卷曲螺旋对其聚合是必需的,Orai1C末端对其与STIM1的作用也是必需的。胞内钙库信号传向质膜通道时也不排除STIM1与Orai1的作用存在第二信使的参与,如CIF等。Wu等估计STIM1定位在内质网与质膜相距10-25nm的连接区域,而Balla等进行的研究显示,Orai1突出胞质的部分大约在8-9nm～12-14nm,而STIM1胞质区域的部分约为4～6nm,推测在SOCC激活过程中有其它辅助蛋白的参与,这些蛋白极有可能在STIM1-Orai1相互作用中起到媒介物的作用。CIF可能是以一种类似于神经递质的方式发挥作用,并且当钙库排空或充盈时,那些合成和水解CIF的循环体或酶类可能是通道蛋白复合体的一部分,定位在内质网-质膜紧密连接的区域。下图概括了STIM1与Orai1的结构及其可能的偶联机制。3.soce蛋白分子SOCE途径是哺乳动物细胞调节Ca2+内流的最普遍的方式之一,它不仅对胞内钙库的补充至关重要,在淋巴细胞激活和细胞增殖等重要生理过