第一节 蛋白激酶C的结构和分布

蛋白激酶C是1977年由Nishizuka及其同事首次发现的一组磷脂依赖性Ca 2+激活的蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶,是细胞信号传导过程中的关键酶,参与细胞信息的传递,细胞的增殖、分裂、凋亡及癌变等一系列过程。它广泛存在于动物及微生物等体内。
一、蛋白激酶C的结构
蛋白激酶C由一条相对分子质量为77~83kD的多肽链组成,其结构由高度同源性的4个保守区(C1~C4)和低度同源性的5个可变区(V1~V5)组成。所有PKC包括了N端调节区和C端催化区,它们在结构上具有一定的共性,其中C1~C2、V1~V2构成PKC的疏水性调节区,相对分子质量为30kD,位于多肽链的氨基端(N端),此调节区含Ca 2+、磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine,PS)、佛波醇酯(PMA)、二酰甘油(diacylglycerol,DAG)的结合位点。C1区是膜结合区,包含两对“锌指结构”,它们是DAG和PMA的结合位点,每一个锌指结构由6个半胱氨酸残基和2个锌原子构成,半胱氨酸残基水平可以促进调节区对氧化还原反应的敏感性。C1区同时还含有与PKC底物相似的氨基酸序列,称为假底物序列,因其可使蛋白质处于静止状态,所以被认为是PKC调节的关键部位,此区不包含任何可磷脂化的丝氨酸、苏氨酸残基。C2区是Ca 2+的敏感部位,负责对磷脂酰丝氨酸或其他磷酯类细胞膜上的Ca 2+产生应答。C3~C4、V3~V5构成PKC的亲水性催化区,相对分子质量为50kD,位于羧基端(C端),其中C3区是ATP的结合部位,C4区是底物结合区同时也是进行磷酸基转移的场所,V3被认为是可被蛋白酶水解的“绞链区”,此区的特定点断裂,可将酶分为以上的氨基端调节区和羧基端催化区。4个保守区分别被可变区间隔开。
目前研究表明蛋白激酶C是一个大的超家族,已发现其至少包括12种亚型,依据它们的结构特点、特性、激活剂的不同分为三大类:①Ca 2+依赖型或经典型PKC(cPKC):含α、βⅠ、βⅡ、γ 4种亚型;②非Ca 2+依赖型或新型PKC(nPKC):含δ、ε、η、θ、μ 5种亚型;③非典型PKC(aPKC):含ζ、ι、λ 3种亚型。cPKC拥有C1~C4的保守区和V1~V5的可变区,可依赖于Ca 2+被PS激活,还可增强PS的特异性和Ca 2+的亲和力,DAG也可与之结合并将其激活,其还受到顺式不饱和脂肪酸和溶血磷脂酸胆碱(Lyso PC)的进一步激活;nKPC也可被DAG、PS激活,但由于缺乏C2的同源可变区,导致无Ca 2+的结合位点,故不能被Ca 2+激活;aPKC缺乏C2区和一半的C1同源区,所以它的激活不需要DAG和Ca 2+,但需要PS的协同(图9-1)。除了以上亚型外,最近一种新的蛋白激酶成员——PKCν被发现,它包含890个氨基酸残基,并且和PKCμ序列高度的相似,因此有可能成为PKC家族的第4大类。虽然不同类型的PKC在结构上常存在差异,但各亚型之间也有结构上的相似性。PKCδ和PKCθ结构上具有60%相似一致性,PKCε和PKCη之间也具有同样的相似度,而通过比较,PKCη和PKCθ之间则有42%结构一致性。在非典型的PKC中,PKCι和PKCλ是一对同源体,它们所拥有的氨基酸序列中有98%是相同的,所以很可能被合称为PKCι/λ。PKCζ与其他两种有72%的相似同源性。
图9-1 蛋白激酶C各亚型结构及相关激活剂
二、蛋白激酶C的分布
蛋白激酶C广泛存在于动植物体内,并分布在几乎所有的组织细胞中,但不同的PKC亚型在各种类型的细胞中的分布也不尽相同。PKCα、PKCδ、PKCζ在各种组织中普遍存在,例如中枢神经系统、心脏、肾脏、肺脏等,而其他亚型则在一些特定的组织中才有表达。 PKCγ基因定位于19号染色体,主要分布于中枢神经系统中,如脑、脊髓;PKCθ丰富存在于造血干细胞、T细胞、胸腺、淋巴结、骨骼肌、胚胎神经系统。在肥大细胞、自然杀伤细胞、血小板中容易检测到,而在B细胞、红细胞、白细胞中不容易检测到,在脾、骨髓存在低表达。 PKCβ基因定位于16号染色体,主要分布在脑、垂体、脾脏、胰岛细胞和其他内分泌腺,βⅠ在脾中表达,βⅡ在脾中和大脑中表达;PKCμ存在于肺及气道平滑肌;PKCλ分布在卵巢、睾丸、胰岛素分泌细胞中,不同的饮食结构也会影响到不同亚型的表达。肺泡和腹膜区巨噬细胞都含有PKCα、βⅠ、βⅡ、δ、ζ亚型,这种PKC亚型的不同分布与细胞功能不同有密切的联系。同一亚型的分布在激活前后也有不同,例如,鼠心肌细胞中没有被激活的PKCβⅡ结合在原纤维上,激活后易位到核周和细胞外,被激活后PKCα和PKCζ从核膜易位到胞质,而PKCβⅠ则从胞质和核周易位到细胞核。未活化的PKC主要存在于胞质中,而活化的PKC存在血细胞膜、细胞核及其他亚细胞组份里。分布或胞内再分布的不同,使激酶与作用底物调节水平存在不同。