Axin与细胞信号转导的研究进展

【关键词】  Axin基因

    【关键词】 Axin基因；WNT信号转导通路；JNK信号转导通路；肿瘤抑制物

　　0引言

　　Axin（axis inhibitor）基因是1997年对天然小鼠突变系基因克隆分析中发现的编码AXIN蛋白质的基因，原名FUSED，为了避免与不相干果蝇FUSED基因混淆，并推测FUSED基因在动物胚胎体轴分化中起重要作用，将其重新命名为AXIN，即轴抑制［1,2］. Axin可存在于许多生物体内，目前发现Axin家族有两个成员，Axin(Axin1)及其同源物Axil(Axin like)，又称conductin或Axin2［2］. 基因分别定位于染色体16q133,17q24处. Axin可位于胞膜、胞质及胞核中，包括一个G蛋白信号域的调控区段, C端与Dishevelled蛋白N端保守序列高度同源. Axin具有多个固定结构域, 至少可以和18种蛋白质相互作用，作为支架蛋白发挥多种生物学功能. Axin的几个功能结构域的磷酸化位点高度保守.

　　1Axin与WNT和JNK信号转导通路

　　Axin在WNT和JNK两条信号转导通路中起双重作用. WNT和JNK信号转导通路是由一系列癌基因及抑癌基因编码的蛋白质组成，各种蛋白彼此联系，相互制约，从而构成复杂的信号传递. 这些信号转导在组织细胞的生长、分化、成熟、个体发育过程中起重要的调节作用，它们的信号转导异常与肿瘤的发生和胚胎的异常发育有密切关系. Axin有一系列蛋白结合位点，可与WNT及JNK信号转导通路的各重要分子相互作用形成复合物，在复合物中Axin起构架蛋白的作用，与其他因子一起共同调节这两种信号转导系统.

　　1.1Axin与WNT信号转导通路

　　1.1.1WNT/β链蛋白转导通路WNT通路是因其启动WNT蛋白而命名. 研究表明，β链蛋白在WNT＼Wingless信号通路中扮演了重要角色. 在正常组织细胞中，β链蛋白与E钙黏蛋白形成复合物，从而保持胞质内β链蛋白浓度处于相对较低的状态. 哺乳动物WNT信号通路在WNT信号或其他细胞外信号刺激下，WNT与细胞表面相应受体Frizzled家族结合，通过Dishevelled蛋白拮抗β链蛋白降解复合物（APCAXIN）的形成，进而阻断β链蛋白磷酸化、泛素化. β链蛋白分子在细胞质内聚集，并与转录因子TCF4/LEF结合形成转录复合物转运入核，启动下游靶基因的转录和表达，调节细胞生长. 在无WNT时，胞质内高水平的β链蛋白可以反馈刺激负性调节分子如结肠腺瘤息肉蛋白（APC）抑癌基因、糖原合成激酶（GSK3β）和Axin等的表达，形成多元复合物，促使β链蛋白在GSK3β激酶作用下发生磷酸化，磷酸化的β链蛋白结合于βTRCP蛋白，再与泛素共价结合，最终被TRCP/SLIMB蛋白水解酶降解，使β链蛋白在胞内的浓度始终维持在较低水平，从而保证细胞行使正常的生理生化功能［3-6］.

　　1.1.2Axin对β链蛋白的负性调节作用近来研究表明，在未受刺激的细胞中，细胞内的β链蛋白信号发送行为通过丝氨酸/苏氨酸，被控制在很低的水平并伴随着普遍存在和快速降解WNT的刺激抑制了在胞质和胞核中累积的β链蛋白的磷酸化，在此过程中，Axin是一种必不可少的负性调节因子. Axin的作用就是吸收这条途径的大部分的组分，通过将酶（GSK3和酪蛋白激酶Iε）和底物（β链蛋白）结合，Axin促进了β链蛋白磷酸化的专一性和高效性，Axin同时也与肿瘤抑制蛋白APC相捆绑［3］. APC是β链蛋白降解循环中重要的组成蛋白，Axin调节β链蛋白与APC的结合. 在绝大多数结肠癌组织中发现了缺乏SAMP重复序列的APC突变，突变的APC不能与Axin结合，导致了WNT通路的异常活化［7］. APCAXIN复合体可调节丝氨酸/苏氨酸激酶GSK3β的活性，并且GSK3β催化β链蛋白的作用还必须在AXIN结合位点的参与下进行［8］. 不仅如此，APC还可以协助Axin引进β链蛋白，并形成以Axin为基础的复合物［3］.

　　1.2Axin与JNK信号转导通路

　　1.2.1JNK信号转导通路JNK（CJunnh2Terminal Kinases）家族是一类丝氨酸/苏氨酸激酶，也被称为应激活化蛋白激酶（StressActie Map Kinases，SAPK），属于第三类MAPK（MitogenActivated ProTein Kinases）家族. JNK蛋白可由3个基因编码:JNK1,JNK2,JNK3. 其基因通过选择性剪切而产生10种JNK形式. 通过选择性剪切，JNK改变了停泊位点与底物结合能力，决定了底物的特异性［9］.  多种激刺信号，如生长因子、细胞因子和环境刺激等直接或间接地激活MEKK1. MEKK1使MEKK4发生丝/苏氨酸磷酸化而激活，活化的MEKK4通过双磷酸化JNK的THR及TYR位点而激活JNK，使其磷酸化，JNK主要使JUN蛋白N末端磷酸化，并引起ATF1和EK等转录因子活化. 近来研究表明，JNK与多种疾病发生机制有关，从而使JNK在临床上可作为一个潜在的分子靶.

　　1.2.2Axin与JNK信号转导通路Axin在人类胚胎肾293T细胞的过度表达能有力地激活JNK通路. 在JNK通路中，Axin可通过MID位点与MEKK1结合并相互作用，从而激活JNK，促使细胞发生调亡. 其中MEKK1黏合在GSK3β或在酪氨酸激酶I的诱导下通过改变构象达到高水平调节，从而与Axin黏合，发挥作用. 进一步研究发现，Axin也有同MEKK4的结合位点，该结合位点不同于MEKK1的结合位点，所以缺乏MEKK1黏连结构的Axin仍然能够激活JNK. 在此途径下发现Axin可以激活小鼠胚胎细胞（MEKK1及一致出现的MEKK2在其中发挥无效状态），而且MEKK1与MEKK4在其中分别扮演了不同的角色，参与不同的信号转导途径. 同时，它们以竞争的状态去结合Axin，两者在黏连Axin的过程中会彼此排斥.   除了MEKK1和MEKK4各自的黏连之外，它们同时也有一个额外的通用区域，即使用专用的X区域在它们的连接区域之外激活JNK通路. Axin在JNK通路有一个临界的区域用于Axin调节JNK通路，它在MEKK1和MEKK4两个黏连区域之间，移动MEKK1或MEKK4不会影响Axin激活JNK途径. 然而，移动任意一块环绕在aa642～673附近的区域却完全破坏了Axin对JNK通路的影响［10］.

　　1.3WNT及JNK信号通路的关系在不同的信号通路中，其通路成分可以相互作用. 如WNT信号通路中的Dvl，CKI（Casein Kinase I）和GSK3β均可激活JNK通路，在JNK通路中Axin与MEKK的黏连成分同样可以激活WNT通路［11］.

　　2Axin与其他转导通路

　　Axin在TGFB信号转导通路中，可作为Smad3的接合器，通过TGFB受体促进该通路的活性［12］；  在Insulin通路中，Axin与DCAP作用，分解糖原［13］. 另外，在Eph/ephrin信号转导通路中Axin也有重要作用［14］.

　　3Axin的多种生物学功能

　　在WNT信号转导通路中，β链蛋白是一种原癌基因， Axin降解β链蛋白，因此Axin可以作为一种肿瘤抑制物. 它的异常表达与多种肿瘤有关，如髓母细胞瘤、卵巢内膜样腺瘤、肝细胞肝癌等. 但目前还未完全清楚是Axin如何发挥作用的［15］.  Axin在细胞骨架的排列中起重要作用. Dvl的有丝分裂纺锤体的形成与细胞骨架的重建有重要关系. Dvl和Axin均有DIX结构域，推测Axin也可以通过DIX结构域介导细胞骨架的重排［16］.  正常情况下Axin只在神经元表达，星形胶质细胞不表达Axin,但在星形细胞瘤中却检测到Axin的突变. 有研究表明，Axin的异常表达可阻断胚胎癌细胞p19向神经元分化，所以Axin在神经组织的分化和间变中起到了重要作用. Axin在JNK信号转导通路中促进细胞凋亡.  Axin的突变可以导致神经系统的缺失［17］， 并与结肠直肠癌、乳腺癌等有关. 另外Axin可以负性调节胚胎体轴发育［18］.

　　4小结

　　综上所述，Axin是起多种支架蛋白作用的多功能蛋白,它从糖的代谢、细胞增殖、器官发育到细胞凋亡等多方面发挥作用. 近来，对其的研究已经开始集中于如何构建蛋白Axin介导MAP3K以及继发JNK活性作用等方面，但仍需要大量的研究和探讨.

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　　［1］ Perry WLI, Vasicek TJ, Lee JI， et al. Phenotypic and molecular analysis of a transgenic insertion allele of the mouse Fused locus［J］. Genetics, 1995; 141:321-332.

　　［2］ Zeng L, Fagotto F, Zhang T,et al. The mouse Fused locus encodes Axin, an inhibit or of the Wnt signaling pathway that regulates embryonic axis formation［J］. Cell, 1997; 90:181-192.

　　［3］ Nicola W, Karolin H, Ludwig E, et al. Nucleocytoplasmic shuttling of axin, a negative regulator of the WntβCatenin pathway［J］. J Biol Chem，2004； 279(7):5263-5267.

　　［4］ De Robertis EM, Larrain J, Oelgeschlager M, et al. The establishment of Spemanns organizer and patterning of the vertebrate embryo［J］. Nat Rev Genet, 2000;1(3):171-181.

　　［5］ Nakamura T, Hamada F, Ishidate T, et al. Axin, an inhibitor of the Wnt signaling pathway, interacts with βcatenin, GSK3β and APC and reduces the βcatenin level［J］. Genes Cells, 1998; 3:395-403.

　　［6］ Burchett SA. Regulators of G protein signaling: A besitiary of modular protein binding domains［J］.  J Neurochem, 2000; 75:1335-1351.

　　［7］ Smits R. Apc 1638T: A mouse model delineating critical domains of the adenomatous polyposis coli protein［J］. Genes Dev, 1999; 13(10): 1309.

　　［8］ Hart MJ,De Los Santos.  Downregulation of betacatenin by human Axin and its association with the APC tumor suppressor,betacatenin and GSK3 beta［J］. Curr Biol,1998;8:573-581.

　　［9］ Claire R, Roger J. The JNK signaling transduction pathway ［J］. Curr Opin Genet Devt, 2002；12:14-21.

　　［10］ Wen L, Wilson WN, Jin LH, et al. Axin utilizes distinct regions for competitive MEKK1 and MEKK4 Binding and JNK Activation［J］. J Biol Chem, 2003: 278(39): 37451-37458.

　　［11］ Zhang Y, Qiu WJ, Liu DX, et al. Differential molecular assemblies underline the dual function of Axin in modulating the Wnt and JNK pathways［J］. J Biol Chem, 2001; 276: 32152-32159.

　　［12］ Pepper MS. Transforming growth factorbeta: Vasculogenesis, angiogenesis, and vesser wall integrity［J］. Cytokine growth Factor Rev，1997; 8: 21-43.

　　［13］ Yamazak H, Yanagawa S. Axin and Axin/Arrowbinding protein DCAP mediate glucoseglycogen metabolism［J］. Biochem Biophys Res Commun，2003;304: 229-235.

　　［14］ Capelluto DGS, Kutateladze TG, Habas R, et al. The DIX domain targents disheveled to actin stress fibres and vesicular membranes［J］. Nature， 2002; 419:726-729.

　　［15］ Dahman RP, Koch A, Denkhaus D, et al. Deletions of Axin, a component of the WNT/Wingless pathway, in sporadic medulloblastomas［J］. Cancer Res, 2001; 61: 7039-7043.

　　［16］ Tada M, Smith JC.Xwnt II is a target of Xenopus Brachyary: Regulation of gastrulation movements via Dishevellod, but not through the canoical Wnt pathway［J］. Develepment，2000; 127:2227-2238.

　　［17］ Christian JL, Moon RT. Interactions between Xunt8 and Spemann organizer signaling pathways generate dorsoventral pathern in the embryonic mesoderm of xenopus［J］. Genes Dev，1993; 7: 13-28.

　　［18］ Zeng L, Fagotto F, Zhang T, et al. The mouse Fused locus encodes Axin, an inibitor of the Wnt signaling pathway that regulates embryonic axis formation［J］. Cell, 1997; 90:181-192.