真核翻译延伸因子eEF1A功能研究进展

高爽;查笑君;潘建伟

【摘 要】总结了近年来对于真核翻译延伸因子eEFlA生物学功能和作用机制研究的一些新进展,具体包括:eEFlA参与介导受损或错误折叠的蛋白质的降解;对微丝、微管骨架系统的组织与调控;参与调控细胞凋亡;参与细胞核输出氨酰-tRNA;与病毒基因组和RNA依赖性RNA聚合酶类(RNA-dependent RNA polymerase,RdRP)互作,参与病毒繁殖.阐述了对eEFlA进行研究的意义和价值,并提供了新的见解和展望.

【期刊名称】《浙江师范大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2013(036)004 【总页数】6页(P444-449)

【关键词】真核生物;翻译延伸因子1A(eEF1A);功能;作用机制 【作 者】高爽;查笑君;潘建伟

【作者单位】浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华321004;浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华321004;浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华321004 【正文语种】中 文 【中图分类】Q945.7

蛋白质翻译延伸因子(translation elongation factor，EF)最初从大肠杆菌

(Escherichia coli)细胞中分离获得，具有三磷酸鸟苷(GTP)或鸟苷二磷酸(GDP)亲和性，参与肽链的延伸过程.在原核细胞中，有3 类延伸因子，分别被命名为EF-Tu(elongation factor thermo unstable)，EF-Ts(elongation factor thermo stable)和EF-G(elongation factor G);而在真核细胞中，相对应的分别为eEF1A(eukaryotic translation elongation factor 1A)，eEF1B(eukaryotic translation elongation factor 1B)和eEF2(eukaryotic translation elongation factor 2).蛋白质生物合成过程大致可分为3 个阶段:起始、延伸和终止.在肽链延伸阶段，EF1A 与GTP 结合产生EF1A·GTP 复合体，此复合体再与特异的氨酰-tRNA 结合并将其运送到核糖体A 位点，并伴随着GTP 的水解，最后EF1A·GDP 从核糖体释放出来.EF1A·GDP 经EF1B 催化又重新形成EF1A·GTP.在核糖体肽酰转移酶作用下，位于核糖体P 位点的多肽被转移到A 位点，与新进入的氨酰-tRNA 形成新的肽键，再由EF2 催化肽基-tRNA·mRNA 复合物从核糖体A 位点转移至P位点，空出的A 位点将接纳下一个新的氨酰-tRNA.重复此过程，蛋白多肽链将最终被合成［1-2］.

eEF1A 胞内含量很高，仅次于肌动蛋白，其基因及表达调控十分保守.eEF1A 由一个多基因家族编码，不同的物种具有不同数量的eEF1A 同源基因，如:酵母中有2 个eEF1A 同源基因;拟南芥和水稻中分别有4 个eEF1A 同源基因;玉米中有10～15 个eEF1A 同源基因;人类有多于18 个eEF1A 同源基因.蛋白结构分析表明，eEF1A 具有3 个构象不同的功能结构域，结构域Ⅰ与GTP 结合，结构域Ⅱ与氨酰-tRNA 结合，结构域Ⅰ和Ⅱ还与eEF1Bα(组成eEF1B 的亚基之一)互作，结构域Ⅱ和Ⅲ共同参与和肌动蛋白的互作［3］.过去20 年的研究表明，eEF1A 除参与蛋白质翻译外，还具有多种生物学功能.本文主要就真核细胞eEF1A 在蛋白质降解、细胞骨架组织调控、细胞凋亡、核物质输出和病毒繁殖等过程中的生物学功能作一扼要综述.

1 eEF1A 与蛋白降解

泛素(ubiquitin)介导的蛋白降解是蛋白质代谢的主要机制之一，在动植物生长发育过程中具有重要的调控作用.最初发现eEF1A 作为一个必需因子参与泛素介导的N-α-蛋白降解过程［4］.eEF1A 的原核同源蛋白EF-Tu 被证实有类似分子伴侣的活性［5］.随后的研究表明，eEF1A 既能与合成中的新生肽链互作，也能与翻译后折叠错误的蛋白质结合［6］.进一步的证据表明:eEF1A能有效缓解参与蛋白降解的RAD23 和RPN10 功能缺失后所引起的细胞生长缓慢等表型［7］;eEF1A 能与蛋白酶体的19S 调节亚基RPT1 直接互作，RPT1 的功能缺失可降低eEF1A 与蛋白酶体的互作，同时胞内出现受损蛋白的代谢缺陷［7］;刀豆氨酸(canavanine)能诱导蛋白折叠错误而使后者进入泛素化降解途径，但当eEF1A 的GTP 结合域第156 位天冬氨酸(Asp)突变为天冬酰胺(Asn)后，细胞对刀豆氨酸表现出较高的抗性［7］.这些研究结果充分暗示，eEF1A 参与介导受损或错误折叠的蛋白从核糖体到蛋白酶体的过程. 2 eEF1A 与细胞骨架

细胞骨架是细胞内错综复杂的动态纤维状网络结构，除具有维持细胞形态和调控细胞增殖外，对蛋白质翻译的组织与调控也具有重要的生物学意义［8］.许多蛋白质翻译系统的组分，如氨酰-tRNA合成酶、真核起始因子eIF(eukaryotic initiation factor)和翻译延伸因子EF 直接或间接地与细胞骨架相连.来自哺乳动物细胞和酿酒酵母的证据表明，微丝骨架系统的任何缺陷均会影响肽链合成的正常进行［9］. 尽管eEF1A 最初被鉴定为翻译系统的重要作用因子，但后续的研究表明eEF1A 是一类进化上保守的肌动蛋白结合蛋白(actin-binding protein)，具有调控肌动蛋白组装微丝的功能［10］.eEF1A 通过抑制微丝纤维末端肌动蛋白单体的加聚和解聚，从而调控微丝纤维的组装，最终影响与微丝相关的货物运输、定位及mRNA 的翻译［11］.eEF1A 与肌动蛋白纤维或氨酰-tRNA 的结合受胞内pH 调控:当pH 值

逐渐增大时，促进eEF1A 与肌动蛋白的解离，利于eEF1A 与氨酰-tRNA 的结合和肽链合成;而pH 值逐渐减小时，促进eEF1A与肌动蛋白的结合.而且竞争性结合实验进一步证实，这两种结合是相互排斥的［12］.在海胆的受精过程中，胞内pH 值的增加作为信号刺激蛋白质合成［13］.eEF1A 能与微丝骨架调节蛋白Rho1p的下游靶蛋白Bni1p 互作［14］.这些研究结果表明，细胞通过pH 的变化调控eEF1A 介导的肽链延伸和微丝骨架组织之间的切换.

为进一步提供eEF1A 在微丝骨架组织中的遗传学证据，超表达eEF1A 的酿酒酵母在没有显著影响蛋白质合成的前提下引起了微丝骨架的组织紊乱，细胞生长缓慢［15］.酿酒酵母eEF1A 遗传突变筛选获得2 类突变体:一类使蛋白质合成功能维持正常，但存在微丝骨架组织缺陷，其eEF1A与肌动蛋白结合的功能维持正常，但将肌动蛋白组装成束的功能下降［16］;另一类表现为更严重的微丝骨架组织紊乱，蛋白质翻译起始缺陷，细胞生长缓慢［9］.最近的体外实验发现，eEF1Bα 能抑制eEF1A 对肌动蛋白组装成束的生物学功能［17］.皮肤性人乳头瘤病毒HPV38 的E7 蛋白能与eEF1A结构域Ⅲ的C 末端区域结合，从而抑制后者对微丝骨架的组织功能［18］.

eEF1A 除了参与微丝骨架的组织外，也参与微管蛋白的组装.在海胆卵中，首次发现eEF1A作为有丝分裂活动的重要组分［19］.体外实验表明，胡萝卜eEF1A 以一种Ca2+/钙调蛋白依赖的方式结合并促进微管组装成束，稳定微管骨架［20-21］.非洲爪蟾和哺乳动物eEF1A 均被鉴定具有切割微管的活性［22］.然而，eEF1A 参与微管组织的分子调控机制至今仍不清楚. 3 eEF1A 与细胞凋亡

早期的研究发现，体外培养的鼠成纤维细胞内eEF1A 表达水平与去除血清后诱导的细胞凋亡率呈正相关［23］.在过氧化氢诱导的细胞凋亡前，胞内eEF1A 表达水平迅速上升［24］.这些结果暗示eEF1A 能促进细胞凋亡.而另一研究中筛选细胞

凋亡抑制因子时，分离得到了eEF1A［25］.这似乎与之前的研究结果互相矛盾，但后续的研究为其作出了解释.哺乳动物中存在功能差异的2种eEF1A 亚型，即eEF1A1 和eEF1A2，分别由不同的基因编码，氨基酸序列同源性约为92%［26］.尽管两者在多肽延伸过程中作用相似，但它们的表达模式却具有不同的时空特异性，eEF1A1 在各组织中广泛表达，而eEF1A2 似乎只在骨骼肌、心肌和脑细胞中表达［26-27］.在成肌细胞分化过程中，发现eEF1A1 具有促进细胞凋亡的作用，而eEF1A2 的作用则相反［28］.在研究脂毒性细胞凋亡机制时，也发现抑制eEF1A1 的表达可阻碍细胞凋亡［29］.这些研究结果表明，eEF1A1 和eEF1A2 表达水平的差异参与决定细胞的命运［27-28，30］. 最近的研究表明，胁迫刺激如病毒感染等诱导的干扰素诱导蛋白

IFIT1(interferon-induced protein with tetratricopeptide repeats-1)通过与eEF1A1 互作，从而促进细胞凋亡［31］.在人巨噬细胞内，艾滋病毒HIV-1 Nef 蛋白与eEF1A1 结合，通过eEF1A1 和tRNA 的核-质重定位从而抑制由内质网应激介导的细胞凋亡［32］.另有研究表明，eEF1A2 通过与抗氧化蛋白

peroxiredoxinⅠ的互作，从而抑制由氧化胁迫诱导的细胞凋亡［33］.这些研究结果说明，eEF1A 通过与功能不同的靶蛋白互作，行使不同的功能.

上述研究所涉及的都是依赖于半胱天冬酶的细胞凋亡.然而，越来越多的证据说明，细胞还有不依赖于半胱天冬酶的凋亡途径［34-35］.在四倍体细胞中发现了一种不依赖于半胱天冬酶的细胞凋亡，这种凋亡由eEF1A1 的表达下调引起，能帮助除去异常四倍体细胞和抑制肿瘤发生［36］. 4 eEF1A 与核物质输出

有实验证据表明eEF1A 参与细胞核物质的输出过程.在酿酒酵母中，表达突变的eEF1AE286K或E291K(tRNA 结合位点突变)的菌株表现为核输出氨酰-tRNA 障碍而累积于核中［37-38］.tRNA 氨酰化是eEF1A 与tRNA 有效结合的前提

［39］，也是tRNA 被运输到核外的前提［37］.Exportin-5 属于细胞核质转运受体importinβ 家族.在哺乳动物中，eEF1A 通过氨酰-tRNA 与Exportin-5 结合形成输出复合物，随后eEF1A 与氨酰-tRNA 一同被输出到核外［40-41］.eEF1A 不仅参与核输出氨酰-tRNA，在哺乳动物细胞核输出蛋白质的过程中也起到重要的作用.转录依赖的核输出序列TD-NEM(transcription-dependent nuclear export motif)是一种新发现的核输出信号序列［42］，eEF1A 与TD-NEM 互作，参与介导了含有此信号序列的蛋白向核外输出的过程［43］.

自从发现eEF1A 参与核物质输出以来，其在细胞核与质之间的穿梭成为了讨论的热点.由于正常条件下eEF1A 定位于核外，而且Exportin-5对eEF1A 的输出也确保了其在核外，所以人们推测其在核物质输出过程中所起的作用都是在核膜的胞质侧完成的.然而，在一个核物质输出受体Msn5 突变的酿酒酵母菌株的细胞核中能检测到eEF1A 的存在，暗示了其进入细胞核内参与核物质输出的可能性［44］.因此，eEF1A 参与核物质输出的具体作用位置仍有待进一步验证. 5 eEF1A 与病毒繁殖

eEF1A 作为细胞内最丰富的蛋白质之一，也参与了病毒生活史的循环.所报道的eEF1A 参与病毒复制大都来自于正链RNA 病毒，如登革热病毒(DV)［45］、黄萝卜花叶病病毒(TYMV)［46］、烟草花叶病毒(TMV)［47］、西尼罗河病毒(WNV)［48］和芜菁皱缩病毒(TCV)［49］;但也有报道表明其参与负链RNA 病毒如水疱性口炎病毒(VSV)的复制［50］.eEF1A 能与这些病毒基因组3′非编码区的类tRNA 二级结构结合，并与它们各自编码的RNA 依赖性RNA 聚合酶类(RdRP)互作.eEF1A能刺激TCV 的RdRP 活性及负链RNA 的合成［49］.WNV 基因组的eEF1A 结合位点突变，引起eEF1A 结合障碍，表现为负链RNA 合成降低，病毒复制受阻［51］.然而，对于TYMV，eEF1A 对其基因组的结合似乎强烈抑制了负链RNA 的合成［46］.这可能是因为:病毒侵染早期，eEF1A 结合其基因

组，阻碍了RdRP 以正链RNA 为模板的复制行为，但正链RNA 指导的翻译活动正常进行;当RdRP 等病毒蛋白质合成达到一定量时，RdRP与eEF1A 竞争并结合到基因组的3′端，合成负链RNA.在本氏烟中，eEF1A 表达下调抑制TMV 的复制和传播［52］.eEF1A 可能作为番茄丛矮病毒(TBSV)复制酶复合体的一个组分，通过提高复制辅助因子p33 的稳定性来促进病毒复制.从酿酒酵母中分离出的一个突变体eEF1AT22S，表现为p33 的半衰期缩减，病毒复制受阻［53］.以上研究结果表明，eEF1A 对病毒复制具有重要作用.病毒的复制由一系列程序化事件组成，eEF1A 可能帮助维持了这种程序. 6 展 望

综上所述，eEF1A 是一类具有多种生物学功能的重要调控蛋白.对于eEF1A 生物学功能的研究具有重要的应用价值.由于eEF1A 参与调控细胞凋亡，为肿瘤疾病的防治提供了新的策略和靶点，经工程改良的eEF1A 很可能成为肿瘤治疗的重要药物.同时，eEF1A 也参与心血管系统的调节，为相关疾病的防治提出了新的思路［54］.eEF1A 作为细胞内含量第2 高的蛋白质，其基因的表达必定由强启动子启动，该启动子可用来提高外源基因的表达和一些蛋白质的工业生产［55］.另外，eEF1A 还可作为玉米、大麦和高粱胚乳赖氨酸含量的指示物，谷物籽粒的赖氨酸含量是判断其营养价值的重要指标［56］.

目前，有关eEF1A 生物学功能的证据主要来自于酵母和哺乳动物，对于植物eEF1A 的生物学功能和作用机制知之甚少.因此，对于植物eEF1A的研究还有待进一步深入. 参考文献:

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