活化T细胞核因子(NFAT)

yujian623

活化T 细胞核因子(Nuclear Factor of Activated TCells ,NFAT) 在免疫反应中对诱导基因转录起重要作用。NFAT蛋白在T 细胞及其它类型的免疫细胞中如B 细胞、NK细胞、肥大细胞、单核细胞和嗜酸性粒细胞上表达 。NFAT 蛋白因那些与Ca2 + 动员连接受体的激活而被活化,如T 和B 细胞的抗原识别受体、肥大细胞和嗜硷性粒细胞的FcεR 等。受体的激活和Ca2 + 动员导致了许多细胞内酶包括依赖Ca2＋／钙调蛋白的磷酸脂酶Calcineurin 的活化,Calcineurin 是活化T 细胞核因子发挥作用的主要激活因子。受激细胞诱导一大批与活化有关的基因转录,许多基因都可能是NFAT 的靶基因,这些基因编码转录因子、信号蛋白、细胞因子、细胞表面受体和其它效应蛋白。免疫抑制药物FK2506 和环孢菌素A 通过抑制Calcineurin 可阻断3 种抗原受体通路(NFAT、NFκB和JNP) , 抑制成熟淋巴细胞增殖。作为Calci2neurin 的底物,NFAT 是FK2506 和环孢菌素A 主要的靶,

1 结构

  已知有4 种哺乳类NFAT 基因,它们编码约含700～1000 个氨基酸残基的蛋白质。在NFAT 蛋白中,有两个相邻的非常保守的区域即NFAT 同源区(NHR , 约300 个氨基酸残基) 和DNA 结合区(DBD ,约270 个氨基酸残基) 。NHR 和DBD 夹在两条多肽链两端多变的转录活化区之间。NFAT1 的分析表明NFAT蛋白的氨基端和梭基端都含有转录活化区(TAD) 。

2 分类

  NFAT1、NFAT2 、NFAT3和NFAT4

3 调节

  Calcineurin 在NFAT 活化中起着十分重要的作用。NFAT 的活化有三步:脱磷酸、核易位、对DNA亲和力的提高。
(1)在静止细胞中,NFAT 蛋白被磷酸化,存在于胞浆,对DNA 具低亲和力。
(2)引起Ca2 + 动员的刺激物导致NFAT 的快速脱磷酸和入核;脱磷酸的NFAT对DNA 的亲和力增高。
  NFAT 蛋白的活化紧随Calcineurin 的活化之后,在T 细胞中,游离的Ca2 + 水平高,Calcineurin 的活性就高,NFAT1 就能在核内保持长时间的活化状态。如果去除Ca2 + 刺激物ionomycin 或加了Calcineurin 的抑制物环孢菌素A和FK506 而使Calcineurin 的活性受到抑制, 则NFAT1 在5～15 分钟内恢复磷酸化状态,并回到胞浆内,对DNA 亲和力大大降低 。用Calcineurin 或硷性磷酸酶作用于细胞提取物可引起NFAT1DNA 结合力的提高。这说明磷酸化的残基直接或间接掩盖了NFAT1 中的DNA 结合区,而脱磷酸可能通过NFAT 内在构象的改变,暴露这些区域使其易于被接近。除Calcineurin 之外还有很多蛋白和信号通路可以调节NFAT。
①TCR 参与的通路:TCR 交联引起的最早结果是酪氨酸激酶包括Lck 和ZAP270 的活化以及包括引起Vav 在内的许多细胞内底物的酪氨酸磷酸化,Lck 和ZAP270 的活化引起T 细胞内的Ca2 +动员,由此引起依赖NFAT的报告基因表达。
②PMA 激活的信号通路:已知PMA 在T 细胞内的作用是激活蛋白激酶C、Ras、Raf。
(a)Ras 对于NFAT 的功能是必不可少的,活化的Ras 可以有效地代替PMA ,同基础的活化的Calcineurin 一起为依赖NFAT 的报告基因表达提供充分刺激,而显性阴性的Ras 则抑制TCR 引起的NFAT活化。Ras 有多种多样的效应蛋白如Raf 、Ras、与Ras 有关的GTP 酶Rac 和Rho 。
(b)Raf 通路对于AP－1的诱导是很重要的,Raf 可以激活MEK1 (有双向活性的激酶) ,而MEK1 又可激活MAP 激酶EPK1 和ERK2。在T 细胞中,活化的Raf 和ERK1 代替PMA与ionomycin 协同刺激NFAT 驱动的转录,但不如活化的Ras 有效。同时,这些蛋白质的显性阴性形式也仅部分抑制Ras 介导的活化。
(c)另一种Ras 的效应蛋白的活性形式Rac21 ,可通过不含ERK的通路最大限度地激活,AP－1 驱动的报告基因的表达,即使是与ionomycin 或活化的MEK1 联合以后也是如此。综上,说明T 细胞中存在另一条Ras 效应蛋白通路并为最大限度地表达NFAT:AP21 驱动的报告基因所需。关于这条通路目前还不清楚。
③与Ca2 +动员有关的通路: [Ca2 + ]i 的增加可激Calcineurin ,也可导致其它依赖Ca2 +／钙调蛋白激酶的激活。其中,两种有多种功能的激酶(CaMK) 可以调节NFAT的活性。在T 细胞中CaMKⅡγβ能部分抑制人Jur／ket 细胞中NFAT和AP21 驱动的报告基因表达,且抑制活化Calcineurin 加强IL22 启动子功能。而活化的CaMKIVPGγ具有相反作用,通过激活AP21 大幅度地加强NFAT 活性。CaMKIVPGγ通过上调血清反应因子(SRF) 的转录功能和随后的c2Fos诱导引起NFAT活性加强且不被显性阴性形式Ras 抑制。这两种CaMKs 的相反作用与它们对不同细胞内底物的靶作用有关 。

4 功能

  细胞因子基因调节区中的NFAT 结合部位可分为Ⅰ类(Group Ⅰ) 和Ⅱ类( Group Ⅱ) 。Ⅰ类包括在该位点上NFAT 蛋白能与AP21 或其它bZIP 蛋白形成协同复合体的位点。Ⅱ类包括那些通常的Rel 家族蛋白结合位点和与其相似的位点。NFAT 通过与多种细胞因子基因调节区中多种NFAT 结合部位结合引起共转录。
  NFAT 蛋白的DBD 可能与Rel 家族蛋白的DBD 三维结构相似,并用相应的环与DNA建立接触。NFAT蛋白在结合DNA 和使转录活化时表现出与AP21 协同的能力,NFAT和AP21 的协同见于许多不同细胞因子的增强子P启动子。在由Fos 和Jun 的bZIP 成分,人NFAT1 的RHR 和含鼠IL22 启动子远端ARRE2 序列DNA 片段形成的一种晶体化四元复合物中,NFAT 和AP21 间有一延伸的接触面,NFAT的DBD 和AP21 的bZIP 成分结合并和DNA 组成一紧密复合体,NFAT 和AP21 的接触表面形成了一个能识别15 个硷基对的沟 。
  NFAT 和AP21 在DNA上接触邻近位点且包含两种转录因子的DNA2蛋白复合体较仅含一种蛋白的复合体具有更大的稳定性和亲和力。细胞因子基因的每个调节区域包含3～5 个结合NFAT 的部位,总长度在200～300 个硷基对,表明有效的转录需包含NFAT 复合体之间高度有效的协同。许多系统中的转录激活需要一个协同的转录复合体的有序集合,包括转录因子、协同激活因子和核心转录结构。NFAT位点的序列相对其它有关转录因子位点的排列有很大的可变性,这就决定了其诱导基因表达的特异性,如NFAT 和Oct 蛋白在IL22 和IL24 启动子上的相互作用,前一种为协同关系,后一种为争关系。很可能特定的NFAT 蛋白和在不同类型细胞中表达的协同转录因子,或是介导这些转录因子和基础的转录复合物间相互作用的细胞特异的核协同刺激因子或抑制因子决定选择性的基因表达。
  NFAT1 基因裂解导致无DNA 结合活性蛋白表达甚至无蛋白表达 。NFAT1 缺陷鼠除有一定程度脾肿大外,发育和免疫正常。但某种初次和再次免疫应答显著增强,在至少3 种实验环境中有发展为TH2 反应的倾向:过敏炎症活体模型中检测到嗜酸性粒细胞在胸膜内的数目增加和血浆IgE 水平升高;用TNP2卵白蛋白免疫接种时,血浆IgE 水平升高;试管内受IL24 和抗CD3 刺激的脾细胞更易向TH2 表现型分化。在正常鼠,NFAT1 的活化可以诱发某些细胞内抑制因子或细胞表面受体表达,或减弱活化效应蛋白表达,从而减弱免疫反应强度,并可能限制TH2 型细胞因子后期表达,而NFAT1 缺陷鼠可能引起早期细胞因子的变化而改变后期细胞因子的平衡,从而改变总体反应的类型;或有另一种与NFAT1 抗衡的NFAT蛋白支持TH2 型细胞因子基因转录。
  综上,NFAT1 的表达和功能缺陷与过敏性疾病的发生有很密切的关系。另外,编码所有4种NFAT 蛋白的mRNA 在睾丸和P或卵巢中及在骨骼或心肌细胞中均有表达,这表明NFAT 可能在生殖和肌肉发育及其功能发展中起作用。