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脯氨酰羟化酶2的特性以及结构

2014年10月08日 论文检测样例 ⁄ 共 1986字 ⁄ 字号 暂无评论 ⁄ 阅读 2,197 views 次

知网论文检测系统10月8日检测样例:

1.3.1 PHD2的特性及结构  脯氨酰羟化酶2(prolyl hydroxylase domain protein 2,PHD2)是PHD家族中的一员,由EGLN1基因编码表达,该基因又称为PHD2。PHD2可以在成人和胎儿的心脏、脑、肝、肺、肾和骨骼肌中表达,同时在心肌细胞、主动脉内皮细胞、冠状动脉平滑肌以及胎盘中也有表达。PHD2在成人及胎儿的脑、心脏和骨骼肌中表达量最高;在胰腺和肾脏中为中等表达水平;在肺和肝脏总表达水平较低。

PHD2分子量为46KDa,由426个氨基酸组成,主要包括与MYDN锌指结构域同源的N-端结构域(21~58)和与α-酮戊二酸双加氧酶同源的C-端结构域(181~426)。催化区域的核心由3个α螺旋(α1,α2和α3)和其他β链及环区将双链β螺旋(DSBH)结构固定[21],其中DSBH是α-酮戊二酸双加氧酶类的代表性结构。活性中心通过His-X-Asp/Glu-Xn-His三元组序列的配位形成能够与Fe2+螯合的活性位点,α-酮戊二酸通过置换一分子H2O也可以与Fe2+结合。活性位点由疏水残基排列而成,位于DSBH结构中的一个“口袋”里,此种结构可以通过与Fe2+排出的活性组分结合来减少潜在的氧损伤。PHD2与Fe2+和α-酮戊二酸具有高度亲和性,可以与两种因子形成稳定的络合物。图1-1为PHD2的结构图。
在常氧状态下,PHD2是维持细胞内HIF-1α低稳态水平的关键氧感受器,通过调节PHD2来控制细胞内HIF-1α含量的相对稳定,可以为各种组织缺氧相关等疾病提供潜在的治疗方法。

1.3.2 PHD2的催化机制   PHD2在细胞对氧的适应和生存过程中起重要作用,主要通过调节HIF-1α对周围氧环境做出反应,而PHD2也被认为是调节细胞氧平衡中最重要的氧感受器。HIF-1α可以上调与细胞缺氧反应相关的基因的表达,这些基因产物包括糖酵解酶类及血管生长因子等。PHD2对HIF-1α的调节机制见图1-2。在常氧条件下,PHD2通过氧依赖性途径催化HIF-1α ODDD保守区域LXXLAP特定位点(Pro564和Pro402)的脯氨酸残基发生羟基化反应,该反应将氧分子中的一个氧原子转移至羟基化产物羟脯氨酸中,另一个氧原子则转移到α-酮戊二酸脱羧后形成的副产物(琥珀酸和CO2)中,见图1-3。经羟基化修饰的HIF-1α随后进入泛素-蛋白酶体降解途径;在缺氧条件下,该反应受到抑制,HIF-1α转移到细胞核中与HIF-1β形成异二聚体,激活相关受缺氧诱导的基因的表达。

1.3.3.1 PHD2与缺氧缺血性疾病的关系  细胞在缺氧条件下会产生各种各样的生理反应,激活细胞增殖与凋亡和血管生成等信号途径,癌细胞能够适应这些途径从而在缺氧条件下生存乃至生长,而肿瘤细胞的相对缺氧也与癌前低诊断率及其对化疗的抵抗作用密切相关。HIF作为氧稳态调节器的重要作用使得PHD2成为血管生成、红细胞生成以及细胞增殖等功能紊乱疾病的治疗靶点。

缺氧环境、α-酮戊二酸结构类似物或与Fe2+的结合会使PHDs的活性受到抑制,阻碍HIF-α的氧化降解途径,从而导致HIF的上调,这些会造成促红细胞生成素(EPO,血红细胞的重要生长因子)的含量增加。因此,通过抑制PHDs的活性来可以为贫血提供有效的治疗手段。在生理条件下,PHD2的缺失对维持造血干细胞的分化起调控作用,能够促进早期造血干细胞自我复制能力[40]。同时,PHD2还是机体内刺激红细胞生成的关键酶。

研究显示,PHD2与机体对高纬度缺氧环境的适应能力有关。在高纬度环境下,空气相对稀薄,较少的氧气通过肺部进入人体。随着时间的推移,人体通过改变呼吸方式以及生成血红细胞和血管来适应低氧环境。全基因组关联研究表明,PHD2可能与藏族人群中表现出的血红细胞低比容表型相关,并且在该人群对高纬度环境的遗传适应能力中发挥作用。
1.3.3.2 PHD2与肿瘤的关系  PHD2是细胞中维持HIF-1α稳态水平的首要调节器。PHD2基因的敲除使得常氧条件下HIF-1α含量增加,还会导致细胞核中的HIF-1α积累,促进相关HIF依赖的转录反应。有研究表明,通过在HeLa等细胞中插入siRNA使PHD2沉默可用以调节HIF-1α的稳态积累。然而,虽然PHD2在类似于肿瘤发生过程中可以下调HIF-1α,但也有一些研究表明PHD2在肿瘤增殖过程中起相反作用。比如,动物实验表明PHD2缺陷型小鼠可以通过激活抗增殖的TGF-β信号过程使肿瘤缩小。Jokilehto等人也研究发现细胞核中PHD2的表达会促进肿瘤的生长,并且细胞核中的PHD2对HIF的抑制作用强于细胞质中的PHD2。对121个病人的研究表明PHD2可以作为胃癌的诊断标志物,并且PHD2/-患者存活率低于PHD2/+患者。

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