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Yes相关蛋白基因在牙发育中的作用
(2014/6/4) 浏览人数: 1561
 

          器官大小的调节是一个高度协调的过程,涉及其生理信号反应的复杂机制。哺乳动物的牙齿是在牙源性上皮及其下方的间充质相互诱导下发育而成的,许多信号分子都参与这一过程的调节机制。

Yes相关蛋白(Yes-associated proteinYAP)是一种连接蛋白和转录共激活因子,在健康的机体细胞内发挥着信号转导和基因转录调节的作用。在胚胎第11~14天的大鼠切牙中,YAP在切牙上皮的基底细胞中大量表达;在胚胎第16天至产后20 d的大鼠切牙中,YAP在过渡扩增(transit amplifyingTA)的细胞中大量表达。YAP可能通过调节核心结合因子-α1core binding factor α1CBFA1)和转化生长因子(transforming growth  factor,TGF等信号分子的信号转导或转录过程,进而调节牙的发育。

1 Hippo-YAP信号转导通路

Hippo通路是目前研究得较为清楚的果蝇细胞增殖和程序性死亡调节信号转导通路,其分子组成包括HippoHpo)、Salvador Sav)、WartsWts)、MatsYorkieYki)。通过下调细胞周期蛋白E、果蝇程序性细胞死亡抑制蛋白bantam等的表达,Hippo通路抑制细胞增殖并诱导程序性细胞死亡。Hippo信号转导通路具有高度的遗传保守性,在人类细胞中亦有类似的信号转导通路,人类的Hippo信号转导通路同样是细胞增殖的负调控通路。与果蝇HpoSavWtsMatsYki蛋白相对应,与人类的同源蛋白质分别为MST1/ 2WW45LATSMOB1YAP

1.1   YAP基因及其蛋白质结构

  YAPYki在哺乳动物中的对应基因。早期,YAPPVKQPPPLAP序列与Src蛋白激酶家族中的Yes蛋白的SH3区域结合,被命名为YAP65蛋白,其相对分子质量约为6.5×104。人类的YAP基因位于11q13上。有研究发现,一些肿瘤细胞的11q22扩增促进YAP基因的高表达,YAP蛋白则广泛地表达于机体的各种组织器官。YAP蛋白与TAZtafazzin)蛋白在结构上有45%的相似性,后者是在蛋白组学比较试验中寻找14-3-3绑定蛋白时发现的一种转录共激活因子。二者在结构上有多个共同的结构域和基序:WW结构域,14-3-3蛋白结合位点,SH3绑定基序,CCcoiled-coil)结构区域,突触后密集区-95/盘大蛋白/密闭小带(pos-tsynaptic density-95/disc large protein/zonulaoccludensPDZ)绑定基序。

YAP结构中的WW结构域由三股反向平行的β-片层组成,含两个高度保守的色氨酸,因而被相互作用的模块,属于一类特异性结构域,特异性地识别并结合含Pro-Pro-X-TyrPPXY)基序的配体。YAPYAP1YAP2两种亚型,前者含有一个WW结构域,后者含有两个WW结构域,而且具有更强的转录调节活性,在细胞转导和转录调节中发挥重要的作用。

1.2   YAP的生物学功能

在正常的生理状态下,YAP基因广泛表达于成人的各种组织中,尤其是在胎盘、前列腺、卵巢和小肠组织中高表达,在外周血白细胞中不表达,其功能处于高度保守状态。YAP是经典Hippo通路中的主要效应因子,被Wts磷酸化而失活。YAP的过度表达会造成组织器官增大,相反YAP的失活会造成组织器官萎缩。YAP的转录辅助活性取决于YAP在细胞内的位置。当其位于细胞核内时,它与转录激活因子一道共同启动基因转录,YAP磷酸化后转位进入并积聚于细胞质中,YAP通过磷酸化的丝氨酸(serineSer12714-3-3蛋白结合而无法进入细胞核,从而丧失其作为转录激活因子的功能。另外,YAP结构中的PDZ绑定基序与增强子结合蛋白(enhancer binding proteinEBP50类支架蛋白结合而定位于细胞膜,可能参与细胞信号转导,基因转录等过程。

2 YAP在牙发育过程中的表达

2.1   牙发育过程

小鼠作为模式生物,其牙发育研究已相当成熟。在小鼠胚胎第11.5天时,其上皮细胞开始增厚,此时牙发育的位置被确定,少量上皮细胞表现出YAP蛋白的高表达。至小鼠胚胎第13.5天时,牙上皮细胞开始下陷,延伸进入临近的间充质中,牙上皮细胞呈现出一个蕾状的结构,类似于基底细胞。YAP蛋白主要存在于基底细胞的细胞核中,在细胞间质中少量表达。在小鼠胚胎第14.5天时,牙蕾两边的尖端从各自两侧发生折叠并继续向下方重置延伸,形成一个帽状的结构,此时在大量基底细胞核中仍存在着YAP蛋白的高表达,然而YAP蛋白在星网状层和牙乳头中表达较少。

在这个时期,出现了一个信号中心的结节釉结节,许多信号分子都在其中表达[13],如骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteinBMP-2467TGF-β-123等。随后,帽状牙上皮细胞的两端进一步向下延伸形成钟状结构,形成成釉细胞和成牙本质细胞。在小鼠胚胎第1618天时,YAP蛋白表达局限于TA细胞,然而一旦内釉上皮细胞层分化为成釉细胞,YAP蛋白表达将消失。钟状期之后进入分化期,成釉细胞开始分泌釉质,成牙本质细胞开始分泌牙本质。

在小鼠出生后第5天时,其内釉上皮细胞和外釉上皮细胞在颈环处相互融合形成上皮根鞘,内折形成上皮隔,此为牙根开始发育的标志;此后,牙根部的牙囊组织一部分分化形成牙周膜,一部分分化成成牙骨质细胞和成骨细胞,至第27天时,根尖区可见大量的细胞性牙骨质根尖孔逐渐缩窄,标志牙根的发育基本完成。CBFA1在成骨细胞分化和骨形成过程中发挥着重要的作用,至此牙发育基本完成。在小鼠胚胎第16天至产后20 d期间,YAPTA细胞中高表达,在根尖区的细胞中表达较少,在分化成熟的成釉细胞中不表达。

在蕾状期、帽状期、钟状期和分泌期的磨牙及切牙中均可见到YAP基因表达,其主要表达区域在上皮细胞层,YAP基因可在颊侧与舌侧的颈环区域表达,在间充质细胞表达较弱。敲除YAP基因后,小鼠切牙唇侧釉质出现缺损,同时切牙舌侧出现大量矿化的釉质,而YAP基因达后会导致切牙釉质大面积缺损,牙的形态缩小。这就说明,YAP在小鼠牙发育中起维持其生理动态平衡的作用。

2.2   YAP相关信号通路

2.2.1   CBFA1   CBFA1又称Runx2,属于Runx转录因子家族成员之一。CBFA1通过对特定靶基因活性的调控,调节细胞的增殖与分化间的平衡。非受体型酪氨酸蛋白激酶Src受体信号转导通路通过对CBFA1的负性调控,在促进骨形成、维持骨的正常代谢中发挥着重要的作用。CBFA1作为成骨细胞的特异性转录因子,除在骨骼发育和骨的形成中起关键性的作用外,亦在牙胚发育中起重要的作用。CBFA1在牙胚发育的早期,在其相应的上皮细胞与间充质的相互作用中起调节作用,是成骨细胞分化和骨形成过程中的必需因子。

Yagi等发现,YAPWW结构域可与CBFA1家族成员多瘤病毒增强子结合蛋白2αApoly-mavirus enhancer binding protein 2α,PEBP2α)相互作用,增强转录活性,在骨的发生中挥重要的作用。

Zaidi等在研究中发现,Src-YAP信号转导通路在调控成骨细胞分化和成熟中发挥着重要的作用。当细胞受细胞外信号刺激时,YAP结构中的433位点上的酪氨酸激酶磷酸化并与转录因子CBFA1相互作用,形成YAP-CBFA1复合物并进入亚细胞核中与特定的钙结合蛋白基因启动区结合,抑制CBFA1连接的钙结合蛋白基因转录,从而抑制成骨活性。YAP-CBFA1复合物的形成对Src受体信号转导通路介导的成骨过程具有重要的作用,干扰Src-YAP-CBFA1转导通路中的任一环节,都会影响CBFA1介导的成骨活性。YAPCBFA1的作用将会影响牙发育过程中牙根及牙周组织的发育。

2.2.2 TGF-β家族 TGF-β在上皮间充质细胞相互作用中起信号分子作用,参与调控牙胚发育和细胞分化。

TGF-β1在预期的成牙本质细胞层高度表达,TGF-β2在前成牙本质层高表达,TGF-β3在成牙本质细胞分化的整个过程中均有表达,即TGF对牙胚发育尤其是牙本质的形成有重要的意义。TGF-β对单核细胞有趋化性,而此单核细胞可能是破骨细胞前体;TGF-β可激活单核细胞表达和分泌其他细胞因子及生长因子;因此,TGF-β参与了牙萌出过程中的骨吸收和萌出通道的形成。

TGF-β-Smad属于生长因子家族受体信号转导通路,在维持胚胎正常发育及其内环境稳态中发挥着重要的作用。磷酸化的Smad通过将细胞外信号转入细胞核,参与基因转录。根据其在信号转导中的作用,Smad可分为受体调控型(R-Smad12358),通用型(Smad4),抑制型(Smad67)。当TGF-β受体1型受到抑制性信号刺激时,Smad67与活化的TGF-β受体1型结合,阻止R-Smad的磷酸化,从而抑制细胞内TGF-β信号向核内转导。YAPWW结构域可与Smad7中的PY基序相互作用,并可通过富集Smad7与活化的TGF-β受体1型相互作用,增强Smad7抑制TGF-β信号转导通路的能力。这就说明,YAP在牙发育过程中,通过抑制TGF-β信号转导通路协同Smad7与活化的TGF-β受体1型相互作用,从而发挥重要的作用。

3   结束语

明确牙发育的调控机制,不但可以为牙体牙髓损伤修复和牙再生研究提供理论基础,而且还可以为研究其他多胚层器官发育奠定良好理论基础,具有重要的理论和临床意义,因而是如今研究的难点和热点。细胞增殖和程序性细胞死亡是器官发育的重要过程,细胞增殖和程序性死亡的平衡是维持细胞内环境稳定的重要因素。Hippo通路是近年来发现的重要的信号转导通路,YAPHippo信号通路中的靶基因。在牙胚发育的初始阶段,可在不同部位检测到YAP蛋白的表达。YAP蛋白可通过信号转导和基因转录调节调控CBFA1TGF-β,进而调控其在牙发育中的作用。CBFA1在牙根的发育中发挥了重要作用,将其与牙冠再生研究相结合,对牙的再生具有重要的意义。

目前,国内外对于YAP在牙发育中的研究还很少,通过进一步的研究,相信会对牙体牙髓病和牙周病以及牙胚的体外培养,甚至牙的再造有深远的意义。

吕琳琳综述 李纾审校

出自国际口腔医学杂志

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