第八卷 第一期 - 2009年三月二十日
表皮生長因子促進核仁蛋白與異質核醣核蛋白-k及 poly(C) 結合蛋白-1形成調控複合體去調節胃泌素的核醣核酸之穩定度
李秉澤1、廖寶琦2、張文昌1,3,4曾大千3,4,5*

1國立成功大學醫學院基礎醫學研究所、2環醫所、3藥理所; 4基因調控訊息傳遞中心;5生物科學與科技學院生物資訊研究所
tctseng@mail.ncku.edu.tw

Molecular Biology of the Cell, 18, 5004-5013 (2007)

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真核細胞內的基因表現是經由一連串複雜的調控機制來完成(如圖一),在細胞核內主要的控制機制是轉錄調控(transcriptional control)和訊息核醣核酸合成調控(mRNA processing control),當訊息核醣核酸(mRNA)合成後就會經由某些調控蛋白將訊息核醣核酸運送到細胞質或特定的區域來進行蛋白合成,最後訊息核醣核酸在細胞質內受到訊息核醣核酸代謝調控(mRNA turnover control)來決定其存留時間,和蛋白合成調控(translational control)來完成整個基因的表現。
圖一、基因表現的調控機制

目前基因表現的研究多集中於細胞核內轉錄與訊息核醣核酸合成的調控,但越來越多的文獻資料顯示後轉錄調控(post-transcriptional regulation)機制也扮演了一個很重要的角色(1)。後轉錄調控機制主要包含了訊息核醣核酸代謝調控與蛋白合成調控,若訊息核醣核酸代謝調控發生變化後,許多基因的訊息核醣核酸表現也會因而改變,進而使蛋白質表現改變而影響了細胞的生理反應。研究報告也顯示訊息核醣核酸代謝調控的異常會導致疾病的形成如;癌症(cancer)、慢性發炎(chronic inflammatory response)與心血管疾病(coronary disease) (2,3)。

胃泌素(gastrin)是屬於胃腸之賀爾蒙,其主要功能為調控胃酸的分泌。近來陸續有許多研究顯示胃泌素除了調控胃酸分泌外,並與胃上皮細胞的生長、分化,或胃癌、大腸癌細胞的增生中皆扮演重要的角色。在胰臟癌與結腸直腸癌中亦發現有胃泌素訊息核醣核酸高度表現的現象,但是其詳細的相關調控機制至今仍尚未明瞭(4)。人體內參與調控胃泌素基因表現的調控包含許多不同方式,其中已經被證實表皮生長因子(EGF)會藉由參與胃泌素轉錄活性而提升胃泌素訊息核醣核酸的表現量。此外根據我們初步研究結果顯示,表皮生長因子亦會透過後轉錄調控的機制來增加胃泌素訊息核醣核酸的穩定度,進而促使胃泌素訊息核醣核酸的表現量增加。為了更加明瞭訊息核醣核酸的代謝調控機制如何參與控制胃泌素mRNA的表現量,利用生物素標定之核醣核酸探針(biotin-labeled RNA probe)進行結合分離(pull-down)的實驗並配合質譜儀分析(mass spectrometry analysis),我們發現異質核醣核蛋白k (heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K)與 poly(C) 結合蛋白1 (poly(C) binding protein 1)皆會結合於胃泌素mRNA之3’非轉錄區域(3’ untranslated region)。利用干擾核醣核酸(SiRNA)的技術來降低這兩個的蛋白表現,結果導致胃泌素的表現量下降,說明該蛋白質具有穩定胃泌素訊息核醣核酸的功能。但意外的發現在表皮生長因子刺激下,該兩個蛋白在胃泌素訊息核醣核酸表現增加的狀況下,並不是扮演決定性的角色。經由結合序列的比對搜尋,發現核仁蛋白(Nucleolin)可能會結合到胃泌素訊息核醣核酸,經由實驗確認核仁蛋白的確會藉由AGCCCU序列而專一性結合於胃泌素訊息核醣核酸,也會與異質核醣核蛋白k進行蛋白質間之交互作用。

當細胞受到表皮生長因子(Epidermal growth factor) 刺激後,
圖二、核仁蛋白與胃泌素核醣核酸的結合模式
會提昇核仁蛋白與異質核醣核蛋白k之交互作用。利用干擾核醣核酸的技術來降低核仁蛋白的蛋白表現,結果導致表皮生長因子無法誘發胃泌素的表現量增加,此結果顯示在表皮生長因子刺激下,是透過核仁蛋白來穩定胃泌素核醣核酸的角色。另外我們也發現核仁蛋白與胃泌素核醣核酸的結合受到異質核醣核蛋白k與poly(C) 結合蛋白1的影響,在此提出一個新的核醣核酸穩定模式(圖二),當異質核醣核蛋白k與poly(C) 結合蛋白1結合於胃泌素訊息核醣核酸C-rich區域上形成複合體後,會促進核仁蛋白結合於胃泌素核醣核酸之3’非轉錄區域的能力,進而提昇胃泌素核醣核酸的穩定度。總而言之,我們在此論文內提出了一個新的調控模式來調控胃泌素在癌細胞內的表現,經由對胃泌素基因表現的更加了解,將有助於對腸胃道癌症的治療有更新的方法。

References
  • Wilusz, C. J., and Wilusz, J. (2004). Bringing the role of mRNA decay in the control of gene expression into focus. Trends Genet. 20, 491-497.
  • Audic, Y., and Hartley, R. S. (2004). Post-transcriptional regulation in cancer. Biol. Cell 96, 479-498.
  • Hollams, E. M., Giles, K. M., Thomson, A. M., and Leedman, P. J. (2002). mRNA stability and the control of gene expression: implications for human disease. Neurochem. Res. 27, 957-980.
  • Ferrand, A., and Wang, T. C. (2006). Gastrin and cancer: a review. Cancer Lett. 238, 15-29.
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