20o5年12生命科學研究01。9NO。4Dec。2005綜述?紅細胞膜蛋白與膜骨架(中南學院湘雅醫大學生化教研室,中國浙江杭州)摘要:近10多年紅細胞膜領域的研究取得了可觀的進展,在紅細胞膜蛋白的結構一功能相關和互相作用以及紅細胞膜障礙多方面都有新的發覺和開拓。現主要就國外外有關報導作一籠統綜述,涉及紅細胞膜蛋白的組成,功能及其互相作用,紅細胞膜骨架和紅細胞膜蛋白癌癥等研究進展。關鍵詞:紅細胞;膜蛋白;互相作用;功能障礙;膜骨架中圖分類號:Q592。1;Q513文獻標示碼:A文章編號:1007-7847(2005)04-0283-—qin,(stry細胞膜骨架,ine,UUJun—rsity,,Hunan,China):。
cture-。。tion,—,—ures。:;;;紅細胞在血液中肩負著重要的吐故納新功能,從肺運輸氧到組織,再將組織的COz排出。紅細胞只外覆一層漿膜(。
brane),不含內膜與胞核,其胞漿的內容物主要是血紅蛋白(Hb)與少量細胞內蛋白質。正常時紅細胞呈雙凹面圓盤狀,半徑7m,形態蓬松,能被擠壓通過更小半徑的毛細血管,循環血流中能抵抗血管和器官壁的切撓度而不致崩裂。它們這些特有的柔硬度()和變型性();(,2005,9(4):283～291)源自本身的膜結構和細胞骨架()支撐近十多年來,紅細胞膜蛋白的結構與功能互相關系以及紅細胞膜病()的分子基礎研究取得了很大進展。現擬就該領域的4面簡略作一綜述,以人紅細胞為主線,也涉及個別喂奶植物紅細胞。紅細胞膜蛋白1紅細胞膜是一種多成份的復雜結構,屬于由收稿日期:2005—03—30;修回日期:2005。08。06基金項目:中華醫學基金會(CMB)捐助項目()作者簡介:盧義欽(1928。),男,湖南衡陽市人,中南學院湘雅醫大學院士,主要從事紅細胞膜與紅細胞代謝研究,Tel:0731-—mail:@yahoo。
com;劉俊凡(1934一),女,江蘇南京市人,中南學院湘雅醫大學院士,從事紅細胞膜與紅細胞代謝研究。生命科學研究20o5多種蛋白質與脂類組成的單層膜。一般根據十二羥基氯化鈉一聚丙烯丙酯凝膠電泳(SDS—PAGE)進行分離時它們所在區帶的遷移率給與命名和序4。14。24。9分子質量(kD)血影蛋白——240口血影蛋白——220錨蛋白——206肌動蛋白——期乙酸甘油醛一35酯化醇紅細胞膜蛋白的SDS-聚丙烯丙酯凝膠電泳圖譜。考馬斯亮蘭染色(血型糖蛋白無法顯示)…Fig。1SDS-th+Cooma。~(own)…紅細胞膜蛋白通常可分為兩大組:1。1外周蛋白()1。1。1血影蛋白(;Sp)占總膜蛋白的25%一30%,由等量的。Sp(區帶1)與盧-Sp(區帶2)兩個亞基組成,二者被不同的基因編碼。每位紅細胞富含約20盧-Sp拷貝。
與-Sp鏈以反向平行形式纏結,產生異質二聚體,前者兩分子再腹部對腹部經自身締合而產生四聚體(圖2A)。Sp異質二聚體是桿樣可曲屈的細絲,厚度約為100nm。。Sp的分子質量為240kD,攜有20個同源的106個多肽重復段節和兩個非同源段節。口一Sp的分子質量為220kD,攜有17個同源的106個多肽重復段節,一個含肌動蛋白結合域的非同源N及一個含酪蛋白乙酸化部位共有序列的非同源C端短段節。胰蛋白酶的限制性裂解,可將Sp與IIV。和—Sp所含106個同源多肽的段節,可折疊成由3條反向平行段節組成的螺旋重復單位,利用短的非螺旋段節相連(圖2B)。此重復段節中的一些多肽高度保守,例女曠第45位的Trp通常不變動,而第26位多肽仍然是Leu。其他保留的親水性多肽則包括第22位(Arg);38位(Asp);72和101位(His)等。通過與膜蛋白的互相作用,Sp肩負的功能在維持紅細胞的正常形態,調節整合膜蛋白的側向運動,并為脂單層提供結構支撐。在非幼紅細胞系細胞,Sp則涉及質膜蛋白局部含量的促使或維持,參與細胞交叉()產生的初期階段以及調節分泌水泡步入質膜。
編碼人紅細胞與口。Sp長cDNA己被分離和鑒別。。Sp基因的染色體定位在lq22一q23,其全長約80kb,共有52個外顯子,可編碼2429個多肽殘基,預測抒發產物的分子質量為280kD。口。Sp基因的染色體定位在14q23一q24—2,其全長逾100kb,約有32個外顯子,可編碼2137個多肽殘基,預測抒發產物的分子質量為246kD。1。1。2錨蛋白(;區帶2。1)",區帶2。1是在搜救紅細胞膜Sp的膜附著位點時發覺的,被命名為錨蛋白。先前曾將包括區帶2。1,2。2和2。3在內的整個家族也稱為錨蛋白,但現已棄用。人錨蛋白屬于不對稱的極性蛋白質,分子質量為206kD,富含1881個多肽殘基。它是分子大小不同蛋白質的混和物,由3域一從Pro2擴延到,富含同區帶3管蛋白()結合的位點;2)中央62kD結構域一從開始細胞膜骨架,中止于或或二者。它富含同盧-Sp及中間細絲蛋白[波形蛋白()與肌纖維蛋白()】結合的位點,以此將Sp錨定在胞膜上;3)調節域一由剩余的495—499端多肽組成。
它參與廣泛的選擇性mRNA加工并調諧錨蛋白同Sp端結構域可影響錨蛋白的流體動力學性質,且對蛋白酶極為敏感。提示該結構域的組裝較松散,其最末端的20kD血影蛋白(Sp)的自身締合模式(A)Sp異質二聚體的產生,。Sp端以反向平行形式互相作用,產生異質二聚體。從而兩個二聚體又以腹部對腹部形式互相作用,以產生Sp四聚體;(B)一Sp自身締合接觸部位的三股螺旋模型以及4個相鄰的。Sp重復單住。各類符號(如口口,等)表明在遺傳性橢圓形紅細胞腎炎(HE)或遺傳性熱變異形紅細胞癥(HPP)病人中確認的遺傳缺損。箭頭所指為伴有不同突變的Sp分子內胰蛋白酶異常裂解位點161。Fig。f-(A)imer。TheN。—to。:(B)the。
(e。g。口口,etc。)(HE)(HPP)。-'fOWS【6],可能呈尾狀從錨蛋白分子伸開。1。1。3蛋白4。1約占膜蛋白的6%。凝膠電泳時可將它分成4。1a和4。1b兩個同源型(),分子質量各為80kD和78kD。4。1基因定位于第1號染色體,緊靠Rh蛋白座位。它常遭到細胞分化和組織特異的選擇性mRNA加工。蛋白4。1具有兩項重要功能:1)其l0kD的Sp結合域同一Sp端區互相作用以促使sp與肌動蛋白結合;2)其N端結構域則同血型糖蛋白C(GPC)和脂單層的內半小葉(—)帶負電荷糖類結合,從而使Sp四聚體的遠端附著于紅細胞膜。
1。1。4肌動蛋白(actin;區帶5)分子質量為42kD,是胸肌收縮和細胞運動的重要蛋白質。每位紅細胞富含40—50動蛋白單體。它在紅細胞膜內可能產生由l2。14個單體組成的F一肌動蛋白短原絲,長約3040nm。盧?肌動蛋白參與交叉復合物(。plex;JC)的產生(見下節)。1。1。5蛋白4。2在紅細胞內它攜有與Sp或錨蛋白相同的拷貝數量。它可與區帶3的胞漿域,錨蛋白和蛋白4。1等締合,其功能尚不清楚。如完全缺位蛋白4。2導致球狀。卵形紅細胞癥與溶血性腎炎,提示它對維持紅細胞膜的完整性起到一定作用。1-2整合蛋白()I。2。I區帶3(band3)為紅細胞的主要跨膜蛋白質,約占總膜蛋白