BMPs受体的生物学特性和作用机制

作者:刘源 金岩  文章来源:牙体牙髓牙周病学杂志 

2007-8-11 16:14:39         【博客】 【论坛】 【投稿】 【打印】 【关闭


  激活素的II型受体有两种形式,ActR-II和ActR-IIB,都已被克隆,都有胞内丝氨酸/苏 氨酸激酶结构域。TGF-β的II型受体也是一个跨膜丝氨酸/苏氨酸激酶。线虫的daf-4可以作 为BMP2、BMP4及OP-1的II型受体,但其结合配体后,并未能检测到信号传导。

3.2 哺乳动物BMPs II型受体的发现

  尽管已经发现了许多种哺乳动物的BMP I型受体,其Ⅱ型受体在很长一段时期内未能 找到。爪蛙的punt基因的产物,最初作为激活素II 型受体的同源物被发现。现在显示,它 可以和BMP2结合,并且参与爪蛙的dpp基因的编码产物的信号传导过程,而这种产物与BMP2 、BMP4有同源性[9]。BMP I型受体可以和daf4及其它与Ⅱ型受体相似的蛋 白质结合,显示一定存在哺乳动物II 型受体。而在COS细胞上表达的BMP I型受体不足以产 生所观察到的那么高的亲和能力。这说明高亲和力聚合体中一定存在I型及Ⅱ型两种亚单位 。Nohno、Rosenzweig[10]等人分别克隆出一种人的BMP Ⅱ型受体 (BMPR-Ⅱ),与 其他Ⅱ型受体相比有一个较大的羧基末端序列,其中富含甘氨酸和丝氨酸(约占22%)。BMPs Ⅱ型受体的 近膜部分缺少GS结构域,而GS结构域正是BMPs I型受体的一个显著特点 。BMPs Ⅱ型受体的胞外氨基酸序列与其他Ⅱ型受体的相似性小于28%,而长长的羧基末端更是 区别于其他Ⅱ型受体的重要特点[10]。Liu等[11]使用酵母双杂交系统(y east two-hybrid system)也克隆出一种BMPsⅡ型受体,令人奇怪的是,在酵母细胞中,Tβ R -I和BMPR-Ⅱ的胞浆内结构域的作用十分强烈。不过,各种证据表明,TβR-I和BMPR-Ⅱ在哺 乳动物细胞中的生理关系并不十分紧密。事实上,与该实验中显示的不同,当BMPR-Ⅱ作 为一个完整的蛋白质在哺乳动物细胞中表达时,它只与BMPsI 型受体发生作用,而不与TGF- β或激活素的受体发生作用。

3.3 BMPs受体的生物学特性

  和其它TGF-β超家族成员一样,BMPs在细胞表面与I、Ⅱ型受体相互作用。I型受体可以和过 量的配体结合,而Ⅱ型受体与配体的结合则是特异性的,如:TβR-Ⅱ只与TGF-β结合,A ctR-Ⅱ、IIB只与激活素和抑制素结合,daf4只与BMPs结合。而ActR-I可以在ActR-Ⅱ或Act R-IIB存在时作为I 型受体与激活素结合,也可以在daf4存在时与OP-1结合。由此看 来,Ⅱ型丝氨酸/苏氨酸激酶受体可以在无I 型受体时与配体结合,I型受体与配体的结合则 需要Ⅱ型受体。而且,I型受体可以和稍过量的配体结合。这些都表明 ,受体与配体结合的 特异性主要取决于Ⅱ型受体而非I 型受体。Nohno等[10,11]发现:在TGF-β或 激活素的受体家族中,I、Ⅱ型受体间有相互依赖性。因为I型受体在无Ⅱ型受体时不能与配 体结合,而Ⅱ型受体在无I型受体时不能传导信号。由于结构和功能上的同源相似性,这种 性质也适于BMPs受体。但与TGF-β和激活素与受体的结合稍有不同。BMPR-Ⅱ在和I型受体结 合后才能与配体有效结合。即单独的I、Ⅱ型受体都与配体无高亲和力,而结合后则亲和力 大增。这表明BMPs I、Ⅱ型受体可能联合形成一个高亲和力的结合位点。根据配体的不同, BMPR-Ⅱβ与三种I型受体的作用能力不同,所形成的相应的受体复合物的信号传导能力也不 同。在BMPR-Ⅱ存在时,BMP2与BMPR-IB或ActR-I的作用强于BMPR-IA,而BMP7与ActR-I的 作用强与BMPR-IA和BMPR-IB。看来,根据配体的不同,ActR-I既可以作为激活素的I型受体 也可以作为BMP 的I型受体。

3.4 BMPs信号在牙齿发育中的作用

  研究发现,有多种BMPs参与了牙齿的发育:BMP2参与了牙齿形态的早期形成,并在成牙 本质细胞的分化形成中起重要的调控作用, 其基因的转录在早期的牙胚上皮和后来的成牙本 质细胞中都有发现。在帽状期,BMP4的信号从上皮进入间充质;钟状期,牙乳头可见丰富 的BMP4 mRNA,在成牙本质细胞和成釉细胞中也可见明显阳性。Vainio 等发现BMP4在上皮和 间充质之间起着信号传导的作用,因为它可以诱导许多特异转录因子的表达,如msx-1,2 等。此外,BMP5,7也参与了牙齿的发育过程,BMP5在发育晚期的成釉细胞中表达,BMP7则 在牙胚特别是内釉上皮表现阳性[12]。Heikinheimo[13]等用原位杂 交发现BMP受体在牙齿发育中的表达。这表明,BMPs信号在牙齿发育中发挥着重要作用。

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责任编辑:姚红祥  

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