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K562细胞诱导分化的研究进展

2024-11-29 微生物学 加入收藏
K562细胞诱导分化的研究进展 2004-03-24 17:19:55 癌症信息网 出处:第四军医大人类红白血病细胞系K562是由Lozzio等于1975年从1

K562细胞诱导分化的研究进展

 
2004-03-24 17:19:55 癌症信息网 出处:第四军医大

人类红白血病细胞系K562是由Lozzio等于1975年从1例处于原始细胞危象中的慢性髓系白血病患者的胸膜渗出液中建立的,具有费城染色体(Ph)。因其在受到多种因素的诱导时,具有向红系,单核系或巨核细胞系分化的能力,故多作为细胞分化研究的细胞模型。我们拟对诱导K562细胞分化的研究及其信号转导机制作一综述。

一、K562细胞诱导向红系分化

K562细胞可在多种诱导因素下向红系分化。它有许多红系特性,表达红细胞Spectrin和glycophorin以及i抗原,可以自发或诱导表达胚胎性血红蛋白。在一般情况下,K562细胞可有微量的胚胎型ε、ζ及胎儿型γ、α和δ珠蛋白基因的转录。当加入氯高铁血红素(Hemin)诱导分化后,可见上述珠蛋白基因的表达增加2-4倍以上,且多以γ型为主,但β-珠蛋白及其mRNA却很少在K562细胞中检测到。除上述氯高铁血红素(Hemin)可诱导K562细胞向红系分化外,还有丁酸钠、aclacinomycin、Ara-C、sodium phenylacetate、guanine, guanosine and guanine nucleotides、Hydroxyurea、trimidox等

二、K562细胞诱导向巨核系分化

K562细胞可以在许多诱导剂的作用下诱导向巨核系分化,而且同一药物不同浓度作用时可以诱导其向不同方向分化,如丁酸钠可以用不同浓度作用于K562细胞而诱导其向红系和巨核系分化,在丁酸钠的诱导下血小板过氧化物酶活性上调。除丁酸钠外,还有多种诱导剂可诱导K562向巨核系分化,如TPA、佛波酯、PMA等。值得特别提出的是,凋亡相关基因Bcl-x基因在骨髓巨核系细胞中有强表达,佛波酯导K562细胞向巨核系分化时bcl-x的表达增强了十倍,但在阿霉素诱导的红系分化时却表达下降。因此,bcl-x基因在K562细胞的分化中起重要作用。

三、K562细胞诱导向巨噬细胞样分化


1993年Green等用化学分化诱导剂HMBA诱导K562分化时发现K562细胞呈现不逆的髓系分化,并伴随红系,巨核系及肥大细胞转录因子SCL和GATA-1的下调,同时Spectrin, glycophorin, i抗原及GPb/a均减少,并展示了巨噬细胞样的形态。SCL基因除在脑等中枢神经系统组织中表达外,仅在造血细胞和内皮细胞中表达。在造血组织,其表达不仅见于原始多能祖细胞中,也存在于那些定向于红系、肥大细胞和巨核细胞系的细胞中,在分化期间处于较高水平。其它类型细胞中则没有发现。在干细胞定向分化时,SCL的表达下调,此过程可能是细胞系正常分化所必需。GATA-1蛋白主要在红系分化中起作用,它是一组(包括GATA-1、2、3、4)可与GATA序列特异结合的指型蛋白质(finger protein) ,GATA-1序列是指与β-珠蛋白基因簇调控相关的基因座位LCR(Locus Control Region)下游的特异序列[GATA, CACCC(CGTGG)],GATA蛋白与其结合可激活β-珠蛋白的表达。因此,SCL与GATA-1的下调表明K562细胞在HMBA的诱导下并非向红系及巨核系分化。

四、诱导K562细胞分化的信号转导机制

诱导K562细胞分化可以通过多种信号转导途径实现。

1 酪氨酸激酶受体途径: 酪氨酸激酶受体途径在调节K562细胞生长、分化过程中起到重要作用。其中涉及许多重要的信号分子,如Janus激酶(Jak)、信号转导与转录活化因子(STAT)、生长因子结合蛋白2(Grb2)、核苷酸交换因子Sos、Shc、Syp、Ras、Raf、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联分子等等(图1)。

1.1衔接子蛋白(adaptor protein):目前,对酪氨酸激酶受体途径中的衔接子蛋白的研究日益受到重视。其中了解比较多的是Grb2。哺乳动物的Grb2,与C. Elegans基因sem-5和Drosphila Drk相似,相对分子量26KD,由一个SH2和两个SH3结构域组成,SH3结构域位于氨基和羧基末端,能与核苷酸交换因子Sos的脯氨酸富集序列结合。而SH2结构域除了可与酪氨酸残基结合外,还可与其它磷酸化蛋白如Shc、Syp等结合。此外,还可通过BCR蛋白的第177位酪氨酸,直接与BCR-ABL在体内形成复合物[16],无论是BCR-ABL-Grb2-Sos复合物,还是BCR-ABL-Grb2-shc(Syp),均可导致Ras的活化。只不过前者具有激活Ras的优先性,并提示不同的细胞类型可能提供不同的信号转导途径。

在K562细胞的信号转导链中,Grb2和其它衔接子蛋白,如磷脂酰肌醇3-激酶(PI3-K)的P85亚单位、Nck、Crk1、Crk等一样,是一个很关键的成分。Grb2和Sos形成的复合物激活Ras然后逐级激活Raf、MEK、MAPK及其下游的蛋白激酶和转录因子,从而将外界信号输入核内,引起相应的生物效应。Gishizky等报道Grb2的突变体(去掉N端或C端的SH3结构域)可以逆转BCR-ABL诱导的K562细胞的转化,尤其△N-Grb2对BCR-ABL诱导的Ras活化的抑制作用更显著,这与Sos优先与Grb2的N-末端的SH3结构域结合相符。Grb2突变体抑制K562细胞的生长,并诱导其分化,可能是通过解开Raf上游的信号转导途径,从而抑制其有丝分裂作用的。

近来,Feng等发现了一个与Grb2相关的衔接子蛋白(Grap)。与Grb2一样,Grap具有SH3-SH2-SH3结构。其基因转录产物为2.3Kb。Grap蛋白由217个氨基酸组成,与Grb2有59%的同源性,尤其在N-末端SH3结构域高度同源。在K562细胞中,Grap通过其SH2结构域与BCR-ABL形成稳定的复合物;通过其N-末端的SH3结构域,与一种Ras鸟苷酸交换因子mSos联系,从而将来自受体核细胞质的信号结合到Ras信号途径。

1.2与G蛋白的联系:Ras的活化能够诱导增殖、分化和凋亡,同时伴随一些特异的形态学变化。其中最突出的就是发生膜的皱褶和肌动蛋白细胞骨架的重组。而这些变化分别受到GTP结合蛋白Rac1和Rho的调节。表明在酪氨酸激酶受体途径中,包括Ras在内的GTP结合蛋白的活化是完整和紧密联系的。

1.3酪氨酸激酶的抑制与分化的关系: Yokoyama等[19]运用一种新的特异性的src酪氨酸激酶抑制剂Angelmicin B,作用于K562细胞,导致一个剂量依赖性的生长抑制作用,但不能显著诱导其分化。表明生长抑制与分化诱导并不直接相关。同时,Angelmicin B有效抑制src酪氨酸激酶的浓度远比其对K562细胞生长抑制所需的浓度高,表明至少在K562细胞,酪氨酸激酶活性的抑制与生长和分化诱导并无直接联系。

1.4细胞表面蛋白聚糖的作用:在FGF触发的信号传递中,硫酸类肝素同时与配体和受体结合,通过促使配体二聚体形成,引起通信所需的受体二聚体化。Turnbull等证实,来自人皮肤成纤维细胞的硫酸类肝素中的IdoA(2-OSO3)α1,4GlcNSO3 单位串是与bFGF结合的序列。Steinfeld等则进一步证实在K562细胞中,四种蛋白聚糖syndecan-1、syndencan-2、syndencan-4和glypican均能支持bFGF与FGFR1的相互作用和通信。并且提出,细胞表面的联结可能增大其结合和通信的有效性。

2 酪氨酸激酶偶联受体途径: 在K562细胞中尚存在另一种重要的信号转导途径,即Jak-STAT途径。多种细胞因子、某些激素、抗原以及粘附因子均能通过这条途径诱导细胞的增殖与分化。这条途径中的受体无酪氨酸激酶区。因此,其自身并无酪氨酸激酶活性,需与胞内的非受体型酪氨酸激酶结合而获得激酶活性。Jak激酶正好是与受体结合而起始胞内信号转导过程的一类酪氨酸激酶。Jak-STAT途径包含了通过配体诱导的受体的同或异二聚体而诱发Jak家族的活化和随后的STAT蛋白的酪氨酰磷酸化。磷酸化的STAT 二聚体化,成为转录的激活形式。作为一种急性时相反应基因的转录因子,直接将受体与基因连接起来。

随着STAT蛋白的活化机制得到鉴定,Weber-Nordt等[23]进一步证实,在K562细胞中是STAT5具核定位作用和DNA结合活性。暗示不同的细胞可能具有不同的STAT蛋白活化模式。Carlesso等[24]发现STAT1和STAT5的磷酸化和与DNA的结合活性,但这一激活是由于BCR-ABL的酪氨酸激酶活性,而非Jak激酶的活化所致。表明STATs能绕过Jak家族激酶的活化。而将外界信号导入核内。

1997年,Pfeffer等报道了在Daudi细胞中,STAT-3不仅是一种转录因子,还可以在细胞信号转导中起着衔接IFNAR1链(干扰素受体的组成链)和PI-3激酶的作用。激活的PI-3激酶所作用的下游分子了导致STAT-3的丝氨酸磷酸化,这对于稳定其二聚体结构,介导下游的生物效应十分重要。是否在K562细胞也有类似作用,需进一步研究。

3 转化生长因子受体途径: Lebrun等报道了属于β-TGF超家族成员的活化素和抑制素对过度表达活化素受体的K562细胞想红系分化和增殖抑制起拮抗作用。与前面不同,活化素受体具有丝/苏氨酸激酶区。在它介导的信号转导中,涉及到信号分子的活化是丝/苏氨酰的磷酸化,而非酪氨酸残基的磷酸化。

4 G蛋白偶联受体途径: 就诱导K562细胞的增殖分化而言,激素、递质等均能与G蛋白偶联受体形成复合物,使G蛋白转变为GTP结合型而活化。Weitzmann等在分离的K562细胞膜中发现IL-1能引起一个剂量依赖性的腺苷酸环化酶的活性升高,同时所有细胞的cAMP浓度均增加。在此,cAMP作为第二信使浓度,通过PKA引起K562细胞增殖的抑制。Thomas等则发现在K562细胞中,凝血酶和一种血栓恶烷A2的类似物U46619能引起快速和浓度依赖性的胞内[Ca++]增加。在胞外钙缺乏的情况下,尚可观察到一个短暂的峰,暗示有PLC的活化。另外,凝血酶引起的胞内钙升高能被亮肽素(或称抑蛋白酶醛肽),百日咳毒素(PT)以及二甲基亚砜的预处理所取消或抑制,但对U46119无影响,表明这些激动剂通过不同的G蛋白通信。Enomoto等[报道ATP和UTP能诱导表达P2U受体的K562细胞胞内Ca++与IP3增高,且剂量反应曲线是一致的,而百日咳毒素与霍乱毒素无此影响。表明P2U受体是与百日咳和霍乱毒素(CT)不敏感的G蛋白偶联;偶联在一起的。

5 关于离子选取通道: 运用膜片钳技术,Rettinger等[30]在人类K562细胞中发现了四种类型的离子选择通道。包括:8ps的对河豚毒素(TTX)敏感的Na+通道;能被胞内Ca++激活和四乙铵抑制的,对Na+、K+具有相同通透性的19ps阳离子通道;选择顺序为NO3->O2->Cl-=Br->>SO4—的阴离子选择通道以及能被沙海葵毒素诱导的8ps的Na+、K+选择通道。另外,Bubien等用CD20的cDNA转染K562细胞,发现能特异性地增加跨膜Ca++传导,推测CD20在膜内形成的多聚体复合物,可能为Ca++传导的离子通道。Negulyaev等[32]指出与信号转导有关的肌动蛋白丝可能在对12ps钠离子通道调节中起到重要作用。

6 信号转导途径的细胞特异性、完整性和复杂性 相同的诱导因素作用于不同类型的细胞,可以通过不同的信号转导途径引起不同的生物效应[33]。典型的,如佛波酯(PMA)能够通过PKCα诱导K562细胞向巨核细胞系分化;对HL60细胞则通过PKCβ诱导其向巨噬细胞系分化;而在HL60向单核细胞系的分化过程中则涉及到MAPK级联分子的活化。el-Sonbetty证明表达外源性G-CSF触发的生长和分化信号,表明在K562细胞中具有整的细胞内信号转导系统,并且能够通过表达外源性的受体而得到应用。

综上所述,K562细胞内具有多条信号转导途径,并且各条途径间相互联系,在细胞内形成一个十分复杂的信号转导系统网络。不同的诱导因素通过不同的信号转导途径,引起不同的生物效应。同一诱导因素,因细胞类型不同,也可经不同的信号分子级联,产生不同的调节作用。即使是同一诱导因素作用于同一种细胞,也可因条件差别,研究方法不同,而得出相异的结果。但随着人们对包括K562细胞在内的细胞内信号转导机制的认识的不断深入,必将为进一步阐明生命的本质规律,实现对生物学过程的人为控制创造有利的条件。


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