三信号转导途径的发现

三、ATF6信号转导途径的发现同时也阐明了哺乳动物细胞中Ire1α／β信号转导途径

20世纪末对哺乳动物内质网中伴侣蛋白基因的启动子又重新进行了分析研究，找到了共有的19bp的ER stress元件（ERSE）：CCAAT－9bp－CCACG。以人的Bip基因启动子的ERSE作诱饵，用酵母单杂交系统（yeast one hybrid system）筛选cDNA文库，找到了能与它相互作用的反式作用因子ATF6和XBP－1（又称TREB5）。它们都是含有bZIP域的转录因子。ATF6也是内质网膜上的跨膜蛋白，N端位于胞质，其中有bZIP域，C端位于内质网腔中，有Bip结合点和高尔基体定位信号（Golgi localization signal，GLS）。无ER stress时，Bip与ATF6结合，抑制GLS，使ATF6保留在内质网中。内质网中未折叠蛋白质的堆积使Bip与ATF6分离，ATF6中GLS解除抑制，ATF6从内质网膜转运到高尔基体膜，高尔基体膜中的蛋白酶S1P和S2P切割ATF6的跨膜部，使位于胞质的ATF6N端游离，游离的N端进入细胞核，与ERSE元件结合，活化靶基因表达。ATF6的靶基因不仅包括各种伴侣蛋白的基因，也包括XBP－1基因，因为XBP－1基因启动子中也有ERSE元件。

上述研究结果似乎表明了哺乳动物ATF6相当于酵母的HAC1，但不能解释Ire1α／β中RNase域的作用及XBP－1的功能。21世纪初将研究集中在XBP－1，终于找到了答案：ATF6活化XBP－1基因转录，合成XBP－1mRNA中有内含子，该内含子能被活化的Ire1α的RNase切除。剪接的XBP－1mRNA中产生移码，经翻译产生XBP－1蛋白，N端为DNA结合域（bZIP），C端为转录活化域，能促进启动子中有ERSE的伴侣蛋白基因和XBP－1基因自身的转录。此外XBP－1蛋白还可与UPRE元件（TGACGTGG／A）结合，促进含有该顺式作用元件的靶基因、包括脂类合成酶基因的转录。哺乳动物细胞中ER stress活化的3条途径（图9－3）。

图9－3　哺乳动物中UPR－ER stress途径

由于生物进化使哺乳动物细胞中ER stress活化的信号转导途径复杂、精细，有利于细胞对强度不同的ER stress作出合适的应答。例如ATF6是已经存在于内质网膜的蛋白质，内质网中堆积的未折叠蛋白能直接活化这一途径，从而能应答强度不大的ER stress，XBP－1转录因子的表达需ATF6和Ire1两条信号途径的活化，XBP－1不仅能加强ATF　活化靶基因的表达，还能诱导含有UPRE元件的靶基因表达，使细胞能更好地适应强度中等的ER stress，高强度ER stress时XBP－1负责自调控，表达更多的XBP－1蛋白，增强细胞对ER stress的应答能力（图9－3）。