Ｚｙｘｉｎ蛋白在细胞中的功能及其研究进展

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　　摘要：Zyxin蛋白是黏着斑蛋白复合物中的重要成员，黏着斑是在细胞中发现的高度动态的多蛋白复合物，其能够传播从细胞外基质到细胞核的信号。Zyxin蛋白具有富含脯氨酸结构域、核输出信号和LIM基序的3个拷贝。近年来的研究表明，Zyxin蛋白不仅在与肌动蛋白相关的生物过程中发挥功能，而且在细胞迁移、细胞黏着、细胞生长、DNA损伤修复、肿瘤生长、天然免疫中也发挥着重要的作用。主要对Zyxin蛋白在细胞中的功能作用以及最新的研究进展进行了综述。
　　关键词：Zyxin蛋白;DNA损伤修复;肌动蛋白调控;免疫;肿瘤
　　中图分类号：Q51         文献标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2020）04-0013-05
　　Abstract： Zyxin protein is an important member of the focal adhesion protein complex， which is a highly dynamic multiprotein complex found in cells. It is capable of transmitting signals from the extracellular matrix to the nucleus. Zyxin protein has a broad proline-rich domain， a nuclear export signal and three copies of the LIM motif. Recent studies have shown that Zyxin protein not only functions in actin-related biological processes， but also plays an important role in cell migration， cell adhesion， cell growth， DNA damage repair， tumor growth， and natural immunity. The function of Zyxin protein mainly in cells and the latest research progress was described.
　　Key words： Zyxin protein; DNA damage repair; actin regulation; immunity; tumor
　　细胞黏附到细胞外基质对于人体中许多组织皮肤、肠道和肾脏的正常功能是必不可少的。在细胞水平，细胞黏附调节一系列活动，包括细胞迁移、扩散和死亡。癌症的一个特征是细胞黏附于细胞外基质受到干扰，使得正常细胞功能的控制丧失。经常为了从细胞外传递信号，需要细胞附着到细胞外基质指导细胞中的许多功能，包括通过细胞的进展周期，并且从细胞外基质分离的细胞经历程序性细胞死亡。细胞与细胞外的黏附主要是通过一组细胞介导的跨膜受体聚集而成的多分子结构（黏着斑），将细胞外基质与肌动蛋白细胞骨架连接起来。
　　黏着斑是亚细胞结构，其介导细胞响应即信号传导事件。黏着斑作为与细胞外基质的机械连接，并作为生物化学信号传导中枢，在整联蛋白结合和聚集的位点整合以及指导许多信号蛋白时发挥作用。黏着斑（FAs）是细胞内的特殊位点，其中聚集的整联蛋白受体与细胞外部的细胞外基质和内部的肌动蛋白细胞骨架相互作用，为基质提供强大的黏附力。黏着斑为基质提供强力黏附并传递细胞内产生的机械张力穿过质膜到外部环境。此外，黏着斑还可以充当许多信号传导途径的支架，而这些信号途径可以是由整合素参与或施加在细胞上的机械力引发的。
　　Zyxin蛋白是黏着斑蛋白的重要组成部分，最早是从鸟类平滑肌中分离出来的，其主要存在于细胞与细胞、细胞与基质的结合处[1]。Zyxin蛋白不仅可以通过与细胞内的多种蛋白质结合来调控一些种类癌细胞的增殖、黏附和迁移[2-4]，还通过与一些通路中的蛋白相互作用从而在一些生物过程中发挥功能[5-7]。本研究对Zyxin蛋白的结构和亚细胞定位、在细胞中的功能的研究进展进行综述，以期为相关研究提供参考。
　　1  Zyxin蛋白的結构和亚细胞定位
　　Zyxin蛋白由572个氨基酸组成，主要有富含脯氨酸序列的N末端结构域和3个位于C末端的LIM（Lin11、Isl-1和Mec-3）结构域两部分组成。N末端结构域包括α-肌动蛋白结合区域、脯氨酸富集区域、亮氨酸富集的核输出信号序列。α-肌动蛋白结合区域与α肌动蛋白相互作用参与肌动蛋白的装配，参与压力纤维对胞外基质压力的应答，脯氨酸富集区域与血管舒张剂刺激磷蛋白结合参与肌动蛋白的装配和压力应答过程。核输出信号序列可以使Zyxin蛋白在一些蛋白或者一些压力条件下穿梭于细胞质和细胞核之间，14-3-3-γ蛋白和Zyxin蛋白的结合可能是影响Zyxin蛋白移位的潜在机制[7]。C末端的3个LIM结构域属于保守的双锌指结构域，已知LIM结构域是几种蛋白质的停靠位点，并且对于多种细胞功能是必需的，包括细胞分化和增殖[5]。
　　Zyxin蛋白在细胞核和细胞质中皆有分布，但在细胞质中较多。研究表明，Zyxin蛋白在细胞质中主要定位在黏着斑，与肌动蛋白、黏着斑蛋白有共定位。在蛋白激酶B（Akt）的作用下，Zyxin蛋白的142位氨基酸发生磷酸化与14-3-3γ结合导致Zyxin蛋白从细胞质移位到细胞核[7]。图1为Zyxin蛋白的结构。
　　2  Zyxin蛋白在细胞中的功能
　　2.1  Zyxin蛋白参与DNA损伤修复
　　Zyxin蛋白被确定为多个蛋白分子的关键相互作用蛋白，使其能够执行多种细胞生物学功能。例如，利用酵母双杂交系统筛选出了细胞与细胞之间的黏附受体nectin-4，它可以与Zyxin蛋白相互作用[8]。Zyxin蛋白与nectin-4受体的结合定位在黏着斑，并且这两者之间的结合和细胞与细胞之间的黏着有一定联系。随着nectin水平的降低或缺失，Zyxin蛋白不能定位于黏着斑[8]。此外，研究还发现Zyxin蛋白与同源域相互作用蛋白激酶2有关。同源域相互作用蛋白激酶2是细胞的关键调节因子，在基因组损伤中发挥一定作用。在无损伤的细胞中，同源域相互作用蛋白激酶2维持一个非常低的水平。然而，在导致严重基因组损伤的紫外线照射、辐射或化疗等应激条件下，同源域相互作用蛋白激酶2会被激活，然后p53发生磷酸化导致细胞凋亡[9]。研究发现，Zyxin蛋白的表达对同源域相互作用蛋白激酶2稳定性起关键作用，Zyxin蛋白缺失会导致同源域相互作用蛋白激酶2降解，该激酶降解后会减少DNA损伤诱导的p53磷酸化[9]。因此，Zyxin蛋白是DNA损伤的关键调节因子，通过调节同源域相互作用蛋白激酶2和p53信号通路进而诱导细胞凋亡。基于Zyxin蛋白可以作为DNA损伤的应答者在同源域相互作用蛋白激酶2和p53信号通路中发挥作用，2013年研究发现Zyxin蛋白在阿尔茨海默病中发挥着重要作用[10]。在阿尔茨海默病患者的组织和2种神经母细胞瘤中，证明了2种β-淀粉样蛋白（Ab）1-40和1-42影响Zyxin蛋白的表达水平[11]，使Zyxin蛋白的表达水平下降，从而影响同源域相互作用蛋白激酶2的活性，通过影响金属硫蛋白2A的转录活性，诱导p53的构象状态发生改变[12]。 　　2.2  Zyxin蛋白参与肌动蛋白调控
　　肌动蛋白细胞骨架组装成分支网络或束以产生机械力用于关键的细胞过程，如极性、黏附和迁移的建立。压力纤维是可收缩的，肌动蛋白结构通过基于整联蛋白的黏着斑物理耦合到细胞外基质，从而将力传递到细胞内和穿过细胞。LIM结构域蛋白质参与介导这种细胞骨架机械传导。LIM结构域衔接蛋白是Zyxin蛋白。Zyxin蛋白也可以作为一个细胞骨架蛋白，参与肌动蛋白的装配和应力纤维的保持和修复，在肌动蛋白细胞骨架的组织中也起重要作用[13]。为了维持细胞的机械稳态，细胞必须识别并响应细胞骨架完整性的变化。细胞受到物理压力后，肌动蛋白应力纤维会经历局部的、急性的力诱导的伸长和变薄事件，这些都会影响其应力传递功能，随后应力纤维会募集一些蛋白进行修复，去恢复这种功能。属于LIM蛋白的Zyxin在应力纤维修复过程中起关键作用。细胞受到物理压力后，Zyxin蛋白以一种不依赖于和α-肌动蛋白或血管舒张剂刺激磷蛋白结合的方式募集到受损应力纤维的位点，但是α-肌动蛋白和血管舒张剂刺激磷蛋白需要和Zyxin蛋白结合才能募集到受损应力纤维的位点。α-肌动蛋白和血管舒张剂刺激磷蛋白在受损压力纤维区域在辅助Zyxin蛋白方面具有共同和独特的作用[14]。对于局部压力纤维束稳定的伸长，α-肌动蛋白和血管舒张剂刺激磷蛋白是不可缺少的蛋白分子。另外，α-肌動蛋白在压力纤维损伤部位修复肌动蛋白和阻止压力事件往更严重的地步发展中起着主要作用[14]。在细胞骨架的水平上，Zyxin蛋白促进了应力纤维断裂部位的修复[15]。在分离的气管平滑肌细胞水平上，Zyxin蛋白可以促进收缩力的恢复[16]。在嵌入精确切割肺切片的小气道水平，Zyxin蛋白减缓了气道扩张[17]。因此，Zyxin蛋白能够稳定气管平滑肌结构和肌肉长度的收缩性质[18]。此外，在检查因哮喘而死亡人的组织样本时，与未死于其他原因的非哮喘患者和哮喘患者相比，Zyxin蛋白的积累增加。这些数据表明，Zyxin蛋白在致命性哮喘中具有生物物理作用[19]。
　　2.3  Zyxin蛋白与天然免疫
　　视黄酸（维甲酸）诱导基因蛋白I和MDA5是属于视黄酸（维甲酸）诱导基因蛋白I样受体（RLR）的细胞质RNA病毒传感器，诱导抗病毒的天然免疫反应，包括产生I型干扰素和其他促炎性细胞因子。识别RNA病毒后，在线粒体抗病毒信号蛋白接头蛋白分子存在的条件下，视黄酸（维甲酸）诱导基因蛋白I的N末端含有天冬氨酸蛋白水解酶激活和募集结构域（CARD），CARD与MDA5结合会导致线粒体抗病毒信号蛋白寡聚化和下游的信号传导[20]。通过酵母双杂交系统筛选并鉴定出了Zyxin蛋白为一种与线粒体抗病毒信号蛋白结合的蛋白质。邻近连接试验表明，Zyxin蛋白和线粒体抗病毒信号蛋白部分共定位于线粒体上。在过表达Zyxin蛋白后，发现增强了线粒体抗病毒信号蛋白介导的β干扰素启动子激活，反之则减弱了β干扰素启动子的活化[20]。此外，将Zyxin蛋白敲除后，影响了视黄酸（维甲酸）诱导基因蛋白I样受体和线粒体抗病毒信号蛋白之间的物理相互作用。这些研究表明，Zyxin蛋白可作为视黄酸（维甲酸）诱导基因蛋白I样受体和线粒体抗病毒信号蛋白之间相互作用的支架蛋白使其成为一个更稳定的复合体[20]。
　　2.4  Zyxin蛋白与乳腺癌
　　LIM和SH3蛋白（LASP-1）是从人乳腺癌中鉴定出的特异性黏附蛋白，参与细胞迁移[21]。LASP-1是肌动蛋白结合蛋白，与Zyxin蛋白富含脯氨酸的结构域相互作用[22]。用LASP-1特异性siRNA转染BT-20和MCF-7 2种乳腺癌细胞系导致LASP-1蛋白质水平降低。siRNA处理的细胞停滞在G2/M期，并且肿瘤细胞的细胞周期和增殖受到抑制[23]。此外，在非肿瘤PTK-2细胞中过表达LASP-1，其不表达内源性LASP-1，导致细胞运动性显著增加[24]。LASP-1沉默伴随着LASP-1结合配体Zyxin蛋白与接触点的结合减少[24]。这些数据为LASP-1在肿瘤细胞生长和肿瘤细胞生长迁移中的重要作用提供了证据，而LASP-1发挥作用可能是通过影响Zyxin蛋白的定位。进化上保守的Hippo通路在细胞的生物学中具有控制器官大小、细胞生长和组织稳态的功能[25-27]。Hippo途径的上游信号已研究清楚，但微环境因素如何调节这一途径仍然不清楚。研究发现，在MDA-MB-231细胞即是乳腺癌细胞中，LIM结构域蛋白Zyxin可以作为支架蛋白，响应缺氧和转化生长因子-β的刺激，与大抑癌基因激酶2和E3泛素连接酶Siah2形成三元复合物稳定其相互作用[28]。这种相互作用可以促进大抑癌基因激酶2发生泛素化，进而导致大抑癌基因激酶2降解，该激酶降解导致磷酸化的Yap减少，所以滞留在细胞质中的Yap增加，进入细胞核中的Yap减少导致Hippo通路的激活。Hippo通路被激活后会促进MDA-MB-231细胞生长增殖[28]。
　　2.5  Zyxin蛋白与结肠癌
　　临床数据显示与正常组织相比，Zyxin蛋白在结肠癌中高度表达，这提示Zyxin蛋白可能与结肠癌的发生发展密切相关。在结肠癌细胞中，敲低Zyxin蛋白会导致结肠癌细胞增殖、迁移能力受损，异种移植的成瘤能力受损[5]。在异种移植动物模型中，敲低Zyxin蛋白会导致结肠癌细胞增殖、迁移，锚定非依赖性生长和肿瘤形成的能力显著受损。研究发现，在有丝分裂期间Zyxin蛋白被周期蛋白依赖性激酶1磷酸化。有丝分裂期间，Zyxin蛋白的磷酸化对结肠癌的生长是必需的，并且Zyxin蛋白在有丝分裂期间的表达依赖于周期蛋白依赖性激酶1[29]。Zyxin蛋白通过调节结肠癌基因，即周期蛋白依赖性激酶8的YAP活性来调节肿瘤的生长。在结肠癌细胞中敲除周期蛋白依赖性激酶8之后，周期蛋白依赖性激酶8的过表达基本上恢复了Zyxin蛋白敲低细胞的肿瘤形成能力。周期蛋白依赖性激酶8可以直接磷酸化YAP并促进其活化。在体外和体内条件下，完全激活的YAP对于敲除周期蛋白依赖性激酶8结肠癌细胞的生长是必要的[5]。这些研究证明，Zyxin蛋白以有丝分裂-磷酸化依赖的方式并且通过周期蛋白依赖性激酶8介导的YAP激活来促进结肠癌的形成[5]。 　　2.6  Zyxin蛋白與其他癌症
　　细胞周期和凋亡调节蛋白-1是结合锌的蛋白质。细胞周期和凋亡调节蛋白-1最初被描述为肿瘤细胞死亡所需的蛋白质[30]。研究确定了Zyxin蛋白的LIM结构域成为细胞周期和凋亡调节蛋白-1结合的关键区域，以及Zyxin蛋白的促凋亡作用，还证明细胞周期和凋亡调节蛋白-1和Zyxin蛋白协同促进细胞凋亡[31]。发现细胞周期和凋亡调节蛋-1在63%的胃癌患者中下调，其中81%的患者发现低强度染色，无胃癌患者细胞周期和凋亡调节蛋白-1有高强度染色[32]。另一项研究发现，Zyxin蛋白在尤文肉瘤中被下调，其中Zyxin蛋白在细胞质中水平增高而不是在细胞黏着连接处。然而Zyxin蛋白的位置转移，可能会导致Zyxin蛋白重新分布，进而使肌动蛋白的细胞骨架重组并降低细胞运动和生长[33]。
　　3  展望
　　Zyxin蛋白是一种磷蛋白，参与肌动蛋白细胞骨架组装且主要定位于保持组织完整性的黏着斑。Zyxin蛋白穿梭在细胞质和细胞核之间，影响转录，其可以与几种蛋白质结合，对细胞产生特定的调节作用。近年来的研究发现，在癌症中Zyxin蛋白有双重角色，即致癌和肿瘤抑制。这种差异化的作用方式是由于其相互作用的蛋白质不同。Zyxin蛋白可能通过影响肿瘤发生的黏着斑点的活动发挥其致癌作用和侵袭性，而其肿瘤抑制作用可能是通过影响核转录功能诱导。最近的研究表明，Zyxin蛋白可以通过有丝分裂磷酸化依赖性方式发挥其作用，而磷酸化作用是Zyxin蛋白促进癌症生长和扩散所必需的。然而，大多数Zyxin蛋白的作用是通过其与其他蛋白质的相互作用介导的，而不是单独发挥作用。未来的研究可以将Zyxin蛋白列为癌症治疗的潜在新靶点，可能通过激活或抑制其表达和/或核穿梭。此外，有研究表明，Zyxin蛋白在神经退行性疾病、免疫和气管性疾病中发挥着一定作用，未来对于这些疾病的研究可以通过靶向Zyxin蛋白来治疗。
　　参考文献：
　　[1] CRAWFORD A W，BECKERLE M C.Purification and characterization of zyxin，an 82，000-dalton component of adherens junctions[J].J Biol Chem，1991，266（9）：5847-5853.
　　[2] WOZNIAK M A，CHEN C S. Mechanotransduction in development：A growing role for contractility[J].Nat Rev Mol Cell Biol，2009，10：34-43.
　　[3] IWAMOTO H，NAKAMUTA M，TADA S，et al. A p160ROCK-specific inhibitor，Y-27632，attenuates rat hepatic stellate cell growth[J].J Hepatol，2000，32：762-770.
　　[4] PEYTON S R， RAUB C B，KESCHRUMRUS V P，et al. The use of poly（ethylene glycol） hydrogels to investigate the impact of ECM chemistry and mechanics on smooth muscle cells[J].Biomaterials，2006，27：4881-4893.
　　[5] ZHOU J L，ZENG Y J，CUI L，et al. Zyxin promotes colon cancer tumorigenesis in a mitotic phosphorylation-dependent manner and through CDK8-mediated YAP activation[J].Proc Natl Acad Sci USA，2018，115（29）：6760-6769.
　　[6] BITOMSKY N，HOFMANN T G.Apoptosis and autophagy：Regulation of apoptosis by DNA damage signalling-roles of p53，p73 and HIPK2[J].FEBS J，2009，276：6074-6083.
　　[7] NIX D A. Nuclear-cytoplasmic shuttling of the focal contact protein，zyxin：A potential mechanism for communication between sites of cell adhesion and the nucleus[J].The journal of cell biology，1997，138（5）：1139-1147.
　　[8] GREGORY CALL S，BRERETON D，BULLARD J T，et al. A zyxin-nectin interaction facilitates zyxin localization to cell-cell adhesions[J].Biochem Biophys Res Commun，2011，415（3）：485-489.
　　[9] CRONE J，GLAS C，SCHULTHEISS K，et al.Zyxin is a critical regulator of the apoptotic HIPK2-p53 signaling axis[J].Cancer Res，2011，71（6）：2350-2359. 　　[10] BARTEN D M，ALBRIGHT C F.Therapeutic strategies for Alzheimer’s disease[J].Mol Neurobiol，2008，37：171-186.
　　[11] BITAN G，KIRKITADZE M D，LOMAKIN A，et al.Amyloid beta-protein（Abeta） assembly：Abeta 40 and Abeta 42 oligomerize through distinct pathways[J].Proc Natl Acad Sci USA，2003，100：330-335.
　　[12] PUCA R，NARDINOCCHI L，GAL H，et al. Reversible dysfunction of wild-type p53 following homeodomain-interacting protein kinase-2 knockdown[J].Cancer Res，2008，68（10）：3707-3714.
　　[13] SMITH M A，BLANKMAN E，GARDEL M L，et al. A Zyxin-mediated mechanism for actin stress fiber maintenance and repair[J].Developmental cell，2010，19（3）：365-376.
　　[14] HOFFMAN L M. Genetic ablation of zyxin causes Mena/VASP mislocalization， increased motility， and deficits in actin remodeling[J].The journal of cell biology，2006，172（5）：771-782.
　　[15] YOSHIGI M，HOFFMAN L M，JENSEN C C，et al.Mechanical force mobilizes zyxin from focal adhesions to actin filaments and regulates cytoskeletal reinforcement[J].J Cell Biol，2005， 171（2）：209-215.
　　[16] AN S S，LAUDADIO R E，LAI J，et al. Stiffness changes in cultured airway smooth muscle cells[J].Am J Physiol Cell Physiol，2002，283（3）：792-801.
　　[17] PUIG-DE-MORALES M，MILLET E，FABRY B，et al. Cytoskeletal mechanics in adherent human airway smooth muscle cells：Probe specificity and scaling of protein-protein dynamics[J].Am J Physiol Cell Physiol，2004，287（3）：643-654.
　　[18] CHIN L Y，BOSSE Y，PASCOE C，et al. Mechanical properties of asthmatic airway smooth muscle[J].Eur Respir J，2012，40（1）：45-54.
　　[19] ROSNER S R，PASCOE C D，ELIZABREH B，et al. The actin regulator zyxin reinforces airway smooth muscle and accumulates in airways of fatal asthmatics[J].PloS one，2017，12（3）：e0171728.
　　[20] KOUWAKI T，OKAMOTO M T，SUKAMOTO H，et al.Zyxin stabilizes RIG-I and MAVS interactions and promotes type I interferon response[J].Sci Rep，2017，7（1）：11905.
　　[21] TOMASETTO C，MOOG-LUTZ C，REGNIER C H，et al.LASP-1 （MLN 50） defines a new LIM protein subfamily characterized by the association of LIM and SH3 domains[J].FEBS Lett，1995，373：245-249.
　　[22] SCHREIBER V，MOOG-LUTZ C，REGNIER C H，et al.LASP-1，a novel type of actin-binding protein accumulating in cell membrane extensions[J].Mol Med，1998，4：675-687.
　　[23] GRUNEWALD T G P，KAMMERER U，SCHULZE E，et al. Silencing of LASP-1 influences zyxin localization，inhibits proliferation and reduces migration in breast cancer cells[J].Experimental cell research，2006，312（7）：974-982. 　　[24] LI B，ZHUANG L B，TRUEB B. Trueb， zyxin interacts with the SH3 domains of the cytoskeletal proteins LIM-nebulette and LASP-1[J].J Biol Chem，2004，279：20401-20410.
　　[25] ZHAO B，TUMANENG K，GUAN K L. The hippo pathway in organ size control，tissue regeneration and stem cell self-renewal[J].Nat Cell Biol，2011，13：877-883.
　　[26] PAN D.The hippo signaling pathway in development and cancer[J].Dev Cell，2010，19：491-505.
　　[27] YU F X，ZHAO B，GUAN K L.Hippo pathway in organ size control，tissue homeostasis，and cancer[J].Cell，2015，163：811-828.
　　[28] MA B，CHENG H，GAO R，et al. Zyxin-Siah2-Lats2 axis mediates cooperation between Hippo and TGF-β signalling pathways[J].Nature communication，2016，7：11123.
　　[29] YANG S，ZHANG L，LIU M，et al.CDK1 phosphorylation of YAP promotes mitotic defects and cell motility and is essential for neoplastic transformation[J].Cancer Res，2013，73：6722-6733.
　　[30] RISHI A K，ZHANG L，BOYANAPALLI M，et al.Identification and characterization of a cell cycle and apoptosis regulatory protein-1 as a novel mediator of apoptosis signaling by retinoid CD437[J].J Biol Chem， 2003，278：33422-33435.
　　[31] HERVY M，HOFFMAN L M，JESEN C C，et al. The LI Mprotein zyxin binds CARP-1 and promotes apoptosis[J].Genes & cancer，2010，1（5）：506-515.
　　[32] LU F，XUE J X，HU Y C，et al.CARP is a potential tumor suppressor ingastric carcinoma and a single-nucleotide polymorphism in CARP gene might increase the risk of gastric carcinoma[J].PLoS one，2014，9（5）： e97743.
　　[33] AMSELLEM V，KRYSZKE M H，HERVY M，et al.The actin cytoskeleton-associated protein zyxin acts as a tumor suppressor in Ewing tumor cells[J].Exp Cell Res，2005，304：443-456.
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