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上海交大揭示基因IQCG调控钙离子信号通路的分子机制

摘要 : 上海交通大学医学院附属瑞金医院的研究人员以斑马鱼为研究对象,揭示IQCG调控钙离子信号通路的分子机制,并提出了细胞质钙离子低浓度时IQCG储存CaM,而当钙离子水平上升时释放CaM激活CaMKIV这一新模型。相关文章发表于2014年5月2日的《Nature Communications》杂志上。

上海交通大学医学院附属瑞金医院的研究人员以斑马鱼为研究对象,揭示IQCG调控钙离子信号通路的分子机制,并提出了细胞质钙离子低浓度时IQCG储存CaM,而当钙离子水平上升时释放CaM激活CaMKIV这一新模型。相关文章发表于2014年5月2日的《Nature Communications》杂志上。

上海交大揭示基因IQCG调控钙离子信号通路的分子机制

白血病是一种常见的恶性肿瘤,常伴有非随机的细胞遗传性异常,如染色体易位、缺失、倒位和扩增等。通过对各种类型白血病伴随的特异分子和细胞遗传学异常的大量研究,发现并确认了许多与白血病恶性转化密切相关的遗传异常标志,其中包括一些重要的融合基因和原癌基因。其中不少融合基因累及同一个基因,参与不同亚型的白血病发生和发展,比如TEL、MLL和NUP98基因等。

NUP98是构成核孔复合体的核孔蛋白家族成员之一,在RNA和蛋白质通过核膜的运输中起重要作用。近年来,许多累及NUP98基因的染色体易位被发现,相关融合基因被相继克隆和研究中,目前有超过30种的NUP98相关融合基因被报道。

在以往的研究中,陈竺、陈赛娟实验室与苏州大学附属第一医院、江苏省血液研究所合作,在一例成人急性T淋巴细胞/髓细胞双表型白血病患者中,通过定位候选基因策略,克隆出了染色体异常t(3;11)(q29q13;p15)del(3)(q29)形成的NUP98-IQCG融合基因。这是IQCG被首次发现与NUP98融合,参与人类造血系统的疾病发生。然而迄今为止,人们对于IQCG的认识仅限于其碱基序列,关于这一全新基因的生理功能,以及它在人类正常造血系统和白血病致病过程中扮演的角色仍有待深入地阐明。

在新研究中,研究人员利用经典的反向遗传学方法,在模式动物体内造成IQCG基因表达的缺失,研究所产生的表型来发现其功能。由于斑马鱼与哺乳动物以及人的造血系统具有高度的保守性,许多造血相关的转录因子同源;并且斑马鱼具有体积小、性成熟周期短、产卵量大、胚胎体外发育且早期胚胎透明等优势。因而他们选用了斑马鱼作为模式动物来研究IQCG在造血发育中所起的作用。

研究人员发现在IQCG缺陷的斑马鱼胚胎中造血干细胞和多谱系分化细胞数量减少。研究表明,IQCG可结合到钙调素(calmodulin,CaM)上, 是钙调素依赖的激酶 IV (CaMKIV)的上游分子。通过分析CaM与IQCG的IQ结构域组成复合物的晶体结构,揭示出IQ基序可能通过参与了特异性识别和结合CaM,从而调控了钙离子信号通路。

这些结果表明在造血作用中IQCG介导了钙离子信号通路,并提出了细胞质钙离子低浓度时IQCG储存CaM,而当钙离子水平上升时释放CaM激活CaMKIV这一新模型。

原文摘要:

Functional and molecular features of the calmodulin-interacting protein IQCG required for haematopoiesis in zebrafish

Li-Ting Chen Wen-Xue Liang Shuo Chen Ren-Ke Li Jue-Ling Tan Peng-Fei Xu Liu-Fei LuoLei Wang Shan-He Yu Guoyu Meng Keqin Kathy Li Ting-Xi Liu Zhu Chen Sai-Juan Chen

We previously reported a fusion protein NUP98–IQCG in an acute leukaemia, which functions as an aberrant regulator of transcr-ptional expressi0n, yet the structure and function of IQCG have not been characterized. Here we use zebrafish to investigate the role of iqcg in haematopoietic development, and find that the numbers of haematopoietic stem cells and multilineage-differentiated cells are reduced in iqcg-deficient embryos. Mechanistically, IQCG binds to calmodulin (CaM) and acts as a molecule upstream of CaM-dependent kinase IV (CaMKIV). Crystal structures of complexes between CaM and IQ domain of IQCG reveal dual CaM-binding footprints in this motif, and provide a structural basis for a higher CaM–IQCG affinity when deprived of calcium. The results collectively allow us to understand IQCG-mediated calcium signalling in haematopoiesis, and propose a model in which IQCG stores CaM at low cytoplasmic calcium concentrations, and releases CaM to activate CaMKIV when calcium level rises.

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