Transgelin研究新进展*

张 颖 王学春

(泰山医学院，山东 泰安 271016)

胶转蛋白(TAGLN)是一种未知功能的22kDa蛋白质，被命名为SM22[1]。该蛋白质曾在多种样本中被鉴别出，并在鼠p27、WS3-10、胶转蛋白和SM22的一些不同命名下对其进行了研究[2]。物种间的基因和蛋白质序列高度保留，且在果蝇[3]和秀丽隐杆线虫[4]中鉴别出同源性。胶转蛋白是肌动结合蛋白钙调蛋白家族中的一种，存在于细胞骨架器官中[2]。现将Transgelin研究综述表述如下。

1 Transgelin的结构

人类胶转蛋白是由位于染色体11q23.2上的5.4kb基因转录形成的[5]。该蛋白含有5个外显子，一个最大的首要基因内区和3个短基因内区(Fig, la)。大约800kb上游基因区域上含有一些推定启动因子[5]。TAGLN产生一个1556bp的转录(Ensembl ID:ENST00000278968)。整个外显子和外显子2的第一个12bp代表5'未转录区域(Fig. la)，而外显子5的最后432bp代表3'未转录区域。由该转录翻译成的蛋白质是201氨基酸肽键。钙调蛋白家族的特征是含有两个特异性基因序列：一个N-末端钙调蛋白同源性区域(CH)和一个或几个C-末端钙调蛋白性模块复制区域(CLIK)。胶转蛋白特性是存在一个简单的CLIK模块和一个包含潜在钙结合EF指示的N-末端CH区域[6][2]。因钙调蛋白的CLIK复制，活性结合中需要具有胶转蛋白的C-末端CLIK区域[6][7]。胶转蛋白C-末端的截断表明完全活性结合行为需要蛋白质最后四分之一基因区内含有多种基因区域[6]，包括154-KKAQEHKR-161的上游外部-CLIK序列。在该区域内，带有正电荷的氨基酸KK(154/155)和KR涉及到肌动蛋白结合过程中。使用不带电的亮氨酸替换这些带有正电荷的物质会明显降低肌动蛋白的结合能力但并不会完全破坏这一结合过程[6]。只有在缺乏上述基因序列和CLIK模块的情况下才会消除肌动蛋白的结合[6]。氨基酸108-119中推定的EF-支持钙结合位点是不起作用的，因胶转蛋白-肌动蛋白结合在存在钙元素的情况下不受影响。也可能存在三种蛋白激酶靶向位点。胶转蛋白仅对体外的蛋白激酶C磷酸化作用表现出敏感性，其中蛋白激酶C磷酸化作用会削弱肌动蛋白结合[6]。然而，该作用的生理学重要性是不明确的，因为体外还未发现磷酸化的胶转蛋白[8]。

2 Transgelin的表达

有关胶转蛋白的组织分布是存在争议的。已发现其贯穿于正常成年脊椎动物的平滑肌组织中[9]。事实上，其mRNA水平在含有大量平滑肌的成年人类组织中是最高的，如子宫、膀胱、胃和前列腺[2][5]。同时，它还在含有少量或不含平滑肌的成年组织中有所表达，包括脊椎、肾上腺[2]和心脏[2][5]。胶转蛋白的表达是平滑肌分化的一个最早的标志物。事实上，这些研究区分了胶转蛋白表达的时间和空间模式。由TAGLN启动子驱动的β-半乳糖苷酶报告基因的表达表明启动子在胚胎(E)发育第9.5天是活跃的[10]。在发育的脉管系统和心肌细胞中发现了胶转蛋白的表达，但在Xu , Ho, Ritchie , &Li[11]先前报道的体节中未发现胶转蛋白的表达。胚胎发育和新生儿成长整个过程中心脏和动脉系统的启动因子活性一直保持着，之后活性降低。静脉和内脏平滑肌中没有发现明显的报告基因表达[11]。与之相对比，Lepore等[10]研究的小鼠中胶转蛋白启动因子报告基因在动脉和静脉系统平滑肌发育以及内脏平滑肌发育的最后阶段表现出启动因子活性。这种表达形式在成年期仍维持着，在膀胱、支气管、胃和肠以及心肌细胞的平滑肌中有明显的表达[10]。这些研究之间存在的差异可能是来源于启动因子的结构，启动因子的作用是驱动β-半乳糖苷酶报告基因的表达。人类(和鼠)胶转蛋白基因启动因子区域在bp282和bp156位点含有两个CArG盒[5](图1a；Camoretti-Mercado等，1998)。CArG盒是一种同侧作用调整元素，含有的共有序列CC(A/T)6GG为血清感应因子提供一个结合位点[12]。-283CArG盒子看起来是不需要的，因为在人类这个区域的缺失助催化剂不影响重要的或血清诱导的助催化剂的活性。的确，Xu等[11]使用的含有胶转蛋白转录启动位点445bp上游区域的胶转蛋白启动因子构成部分足以驱动动脉的表达，但无法驱动内脏中的表达。不过，存在细菌人造染色体克隆的转基因小鼠中，在E13.5可看到动脉、静脉和内脏平滑肌中胶转蛋白的表达，其中人造染色体克隆能生成人胶转蛋白基因[11]。同样，平滑肌丰富的组织中也出现这种转基因的表达，但心脏中的表达比较弱。该事实表明Lepore等[10]人使用的小鼠构想中，血管平滑肌中胶转蛋白在空间和时间上的完全表达所需要的是调节元素而不是CArG。转化生长因子β(TGF-β)在平滑肌细胞基因的表达和分化中也起到了很重要的作用。已知TGF-β用来诱导胶转蛋白的表达并部分处于启动因子区域的TGF-β控制元素(TCE)的控制之下[13]。具有同样表现的是一些Smad结合位点[14](2003)。TGF-β的信号传递是通过受体的磷酸化作用实现的，而受体与信号传导蛋白R-Smads具有相关性。含有细胞质Smads的磷酸化的R-Smads heterodimerise传送至细胞核中，并在此通过Smas结合元素(SBE)诱导或抑制基因的表达。其中SBE存在于胶转蛋白基因外显子1的5'-UTR上[14][15]。这种基础元素是胶转蛋白通过Smad-3结合表达时TGF-β感应所必须的具备的[15]。有趣地是，CArG盒型血清反应联合催化剂、心肌蛋白增强了独立于CArG盒之外的胶转蛋白表达的Smad-3活性。看起来平滑肌细胞之外的胶转蛋白的表达是受TGF-β的驱动。

很多实验组都没有成功证明出平滑肌之外的胶转蛋白表达[2]。事实上，这一观点可有前面描述的转基因报告小鼠研究来证明。然而，在这些小鼠中，外显子1的SBE被排除在启动因子构造之外。因此，将无法观察到TGF-β驱动的胶转蛋白表达现象。已知TGF-β能增加成人前列腺[16]间充质细胞以及正常间充质细胞和纤维母细胞[2][17]中胶转蛋白的mRNA。同时还鉴定出肠上皮细胞、血管上皮细胞、胸导管上皮细胞和前列腺上皮细胞中有胶转蛋白的表达[18]。我们也发现前列腺上皮干细胞和一些前列腺癌细胞型中有胶转蛋白的表达。

3 Transgelin的生物学功能

胶转蛋白是一种肌动蛋白压力纤维素相关的蛋白质[2]，与凝胶剂起反应并能稳定体外的肌动蛋白凝胶剂。它还与平滑肌中的激动蛋白丝有相关性[21]。考虑到胶转蛋白是一种最早的平滑肌细胞分化标志物且其与肌动蛋白有关，很久之前就假设它有调节这些细胞发育和收缩的功能。但是，无胶转蛋白(SM22α-/-)的小鼠能正常发育、繁殖，且没有出现血压、心率、组织学或组织形态学上的任何改变[22]。不过，对无胶转蛋白小鼠血管平滑肌的进一步检查发现小鼠对兴奋剂-诱导的、钙独立收缩的收缩性反应度增加[23][24]。胶转蛋白可能也涉及到细胞的转移。胶转蛋白也可能与细胞的移动有关。已证明其与肌动蛋白丝束的一种特异性亚群有关联，而肌动蛋白丝束足体会形成足体[21]。该事实表明钙调蛋白的缺失能引起钙调蛋白与胶转蛋白转化率的较低，从而有利于足体的形成并致使细胞向侵略性、恶性细胞方向发展。最近的证据表明某些细胞中的肿瘤抑制功能与胶转蛋白有关，而与细胞骨架本身没有关系。在前列腺肿瘤细胞中，已显示胶转蛋白能通过阻止雄性激素受体联合活化剂与雄性激素受体的结合来抑制雄性激素所刺激的细胞生长，以及随后向细胞核的移位[20]。胶转蛋白也有抑制间质金属蛋白酶MMP-9表达的作用[25]。MMP-9涉及到组织的重组过程，而组织的重组导致癌症细胞的移动和对周围组织的侵犯。

4 Transgelin在病理学中的作用

越来越明显的是胶转蛋白可能存在抑制肿瘤的作用。细胞骨架肌动蛋白纤维的分解是癌症细胞表型发展的一个基本证据。一些蛋白质结合肌动蛋白后形成交联，增加蛋白丝的硬性，防止其出现去极化，并使蛋白丝凝结为应力纤维。正如RNA和DNA病毒的永生状态和转录一样，含TGB-β的细胞孵化的延长减少了应力纤维的形成，阻碍了细胞的移动，并抑制了胶转蛋白的表达[25]。乳腺癌和结肠癌[17][26]以及前列腺癌[20]中胶转蛋白的表达下降。已清楚知道的是前列腺癌对TGB-β不敏感，且在前列腺、乳腺和结肠癌中MMP-9胶转蛋白的表达下降。因此，胶转蛋白表达的缺失能够解释肿瘤中某些癌症细胞标志物的发展。同样，胶转蛋白可能会对这些常见癌症介入治疗的发展提供一定的目标。

[1] Lees-Miller,J.P.,Heeley,D.H.,&Smillie,L.B.An abundant and novel protein of 22kDa(SM22) is widely distributed in smooth muscles[J].Biochem,1987，244：705-709.

[2] Lawson,D.,Harris,M.,&Shapland,C,.Fibroblast transgelin and smooth muscle SM22α are the same protein,the expression of which is dowm regulated in many cell lines[J].Cell Motil.Cytoskel,1997，38：250-257.

[3] Ayme-Southgate,A.,Lasko,P.,French,C.,&Purdue,M.L.Characterization of the gene for mp20:A Drosophila muscle[J].Cell Biol，1989.,108：521-531

[4] Goetnik,S.,& Waterson,R.H.The caenothabditis elegans muscle-affecting gene unc-87 encodes a novel thin filament-associated proten[J].Cell Biol，1994,127：79-93.

[5] Camoretti-mercado,B.,Forsythe,S.M.LeBeau,M.M,Espinosa,R.,Vieira,J.E.,Halayko,A.J.,etal . Expression and cytogenetic localization of the human SM22 gene (TAGLN)[J].Genomics,1998，49：452-457.

[6] Fu,Y.,Liu,H.W.,Forsythe,S.M.,Kogut,P.,McConville,J.F.,Halayko, A,J.,etal.mutagenesis analysis of human SM22:Characterisation of action binding[J].Appl.Physiol，2000,89：1985-1990.

[7] Danninger,C.,& gimona,M. Live dynamics of GFP-().calponin:Isofrom-specific modulation of the actin cytoskeleton and autoregulation by C-terminal sequences[J].Cell Sci，2000,113：3725-3736

[8] Gimona,M.,Sparrow,M.P.,Strasser,P.,Herzog,M.,& Small,J.V.Calponin and Sm22 isoforms in avian and mammalian smoth muscle-absence of phosphorylation in vivo[J].Eur.Biochem，1992,205：1067-1075

[9] Less-Miller,J.P.,Heeley,D.H.,Smillie,L.B.,&Kay,C.H.Isolation and characterization of an abundant and novel 22kDa protein(SM22)from chicken gizzard smooth muscle[J].Biol.Chem，1987,262：2988-2993.

[10] Lepore,J.J.,Cheng,L.,Lu,M.M.,Mericko,P.A.,Morrisey,E.E.,&Parmacek,M.S.High-efficiency somatic mutagenesis in smooth muscel cells and cardiac myocytes in SM22α-Cretransgenic mice[J].Genesis,2005，41：179-184.

[11] Xu,R.,Ho,Y.-S.,Ritchie,R.P.,& Li,L.Human SM22αBAC encompasses regulatory sequences for expression in vascular and visceral smooth muscles at fetal and adult stages[J].Am.Heart Circ.Physiol.2003,284：H1398-H1407.

[12] Shore,P.,& Sharrocks,A.D.The MADS-box family of transcription factors[J].Eur.Biochem.1995,229：1-13

[13] Adam，P.J.,Regan,C.p.,Hautmann,M.B.,&Owens,G.K.Positive and negative-acting Kruppel-like transcription factor bind a transcription factor β control element required for expression of the smooth muscle cell differentiation marker SM22α in vivo[J].Biol.Chem，2000,275：37798-37806.

[14] Chen,S.,Kulik,M.,& Lechleider, R.J.Smad proteins regulate transcriptionl induction of the SM22() gene by TGF[J].Nucleic Acids Res，2003,31：1302-1310

[15] Qiu,P.,Richie,R.P.,Fu,Z.,Cao.,D.S.,Cumming,J.,Miano,J.M.,et al..Myocardin enhances Smad3-mediated transforming growth factor-β1 signaling in a CArG box-independent manner[J].Cric.Res,2005,97：983-991.

[16] Untergasser,G.,Gander,R.,Lilg,C.,Lepperdinger,G.,Plas,E.,&Berger,P..Profilingmoleculartargetsof TGF-β1 in prostate fibroblast-to-myofibroblast transdifferentiation.[J]Mech.Age Dev，2005,126：59-69.

[17] Shislds.J.M.,Rogers-Graham,K.,& Der,C.J.Loss of transgelin in breast and colon tumours and in RIE Cells by rasderegulation of gene expression through raf-independent pathways[J].Biol.Chem，2002,277：9790-9799.

[18] Ogawa,A.,Sakatsume,M.,Wang,X.Z.,Sakamaki,Y.,Tsubata,Y.,Alchi,B.,et al. SM22 alpha:The novel phenotype marker of injured epithelial cells in anti-glomerular basement membrane nephritis[J].Nephron Exp.Nephrol，2007,106：77-87.

[19] Wulfkuhle,J.D.,Sgroi,D.C.,Krutzsch,H.,Maclean,K.,McGarvey,K.,Knowlton,M.,etal.Proteomics of human ductal carcinoma in situ[J].Cancer Res，2002,62：6740-6749.

[20] Yang,Z.,Chang,Y.-J.,Miyamoto,H.,Ni,J.,Niu,Y.J.,Chen,Z.D.,et al.Transgelin functions as a suppressor via inhibition of ARA54-enhanced androgen receptor transactivation and prosatate cancer cell growth[J].Mol.Endocrinol，2007,21：343-358.

[21] Gimona,M,Kaverina,I.,Resch,G.P.,Vignal,E.,&Burgstaller,G.Calponin repeats regulate actin filament stability and formation of podosomes in smooth muscle cells[J].Mol.Biol.Cell,2003，14：2482-2491.

[22] Zhang,J.C.L.,Kim,S.,Helmke,B.P.,Yu,W.W.,Du,K.L.,Lu,M.M.,et al.Analysis of SM22α-deficient mice reveals unanticipated insights into smooth muscle cell differentiation and function[J].Mol.Cell Biol，2001,21：1336-1344.

[23] Zeidan,A.,Sward,K,Nordstrom,I.,Ekblad,E.,Zhang,J.C.L.,Parmacek,M.S.,et al.Ablation of SM22 alpha decreases contractility and actin contents of mouse vascular smooth muscle[J].FEBS Lett，2004,562：141-146.

[24] Je,H.D.,& Sohn,U.D.Sm22alpha is required for agonist induced regulation of contractility:Evidence from SM22alph knockout mice[J].Mol.Cells,2007，23：175-181.

[25] Nair,R.J.,Solway,J.,&Boyd,D.D.Expression cloning identifies transgelin(SM22) as a novel repressorof 92-kDa type IVcollagenase(MMP-9)expression[J].Biol.Chem，2006,281：26424-26436.

[26] Kaplan-Alberquerque,N.,Garat,C.,Van Putten,V.,& Nemenoff ,R.A.Regulation of SM22α expression by argentine vasopressin and PDGF-BB in vascular smooth muscle cells[J].Am.J.Physiol.Heart Circ.Physiol，2003,285：H1444-H1452.