β微管蛋白调节新核浆蛋白TBC1D3细胞内定位和EGFR信号转导

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目的:  TBC1D3又称PRC17(前列腺癌基因17),是人科动物特有的癌基因,在多种肿瘤细胞中高表达,TBC1D3蛋白能延迟EGFR的降解,激活Ras及Erk1/2和Akt,促进细胞的增殖及恶性转化。寻找并鉴定新的与TBC1D3相互作用的蛋白以及研究它们之间相互作用的生物学意义,将有助于阐明TBC1D3的功能和其在肿瘤发生中的作用机制,为肿瘤的诊断和防治提供新线索。作者所在实验室研究人员前期通过GST pull-down结合质谱分析,对TBC1D3的相互作用蛋白进行筛选,初步鉴定β微管蛋白可能是TBC1D3的相互作用蛋白。然而,它们在细胞内的相互作用需要进一步通过实验来证实,并且α微管蛋白与β微管蛋白一起形成的二聚体是微管的基本结构单位,TBC1D3是否与α微管蛋白及微管也存在联系,它们的相互作用是否影响TBC1D3调节EGFR稳定性及信号转导,需要进一步研究阐明。  方法:  为了鉴定TBC1D3与β微管蛋白在细胞内的相互作用,以HA载体为对照,将HA-TBC1D3转染SMMC-7721细胞中进行表达,然后,用抗HA抗体和抗β微管蛋白抗体分别进行免疫共沉淀,检测TBC1D3与β微管蛋白在细胞内的相互作用;用同样方法检测TBC1D3与α微管蛋白在细胞内的相互作用;以BSA为阴性对照,以MAP2为阳性对照,用微管结合(沉淀)实验检测TBC1D3癌蛋白与微管的相互作用;将EGFP-TBC1D3转染SMMC-7721细胞后,用抗β微管蛋白抗体进行免疫荧光染色,观察TBC1D3癌蛋白与β微管蛋白在细胞内的分布及共定位,以进一步验证TBC1D3与β微管蛋白及微管在细胞内的相互作用。  为了分析TBC1D3上与β微管蛋白结合的功能部位,用标准PCR技术等构建一系列TBC1D3羧基端巢式缺失突变体,用over-lapPCR构建TBC1D3多种内在缺失突变体。以HA为对照,分别将HA-TBC1D3和其突变体转染SMMC-7721细胞,用免疫共沉淀技术检测它们与β徼管蛋白的相互作用,以分析确定TBC1D3氨基酸序列中与β微管蛋白相互作用的功能部位。  为了分析TBC1D3与β微管蛋白及微管相互作用对TBC1D3在细胞内分布的影响,构建一系列与EGFP融合表达的TBC1D3缺失突变体表达载体,这些表达载体分别被转染到S瑚C-7721细胞中表达,用共聚焦显微镜观察各突变体在细胞内的分布。同时,用微管解聚药物nocodazole处理细胞将微管破坏后观察TBC1D3在细胞内的分布变化。  TBC1D3与β微管蛋白的相互作用可能调节TBC1D3或微管的功能。为了分析两者相互作用对EGFR稳定性、EGFR下游信号激活和细胞增殖的影响,分别用HA-TBC1D3和β微管蛋白结合缺陷的TBC1D3突变体转染SMMC-7721细胞,经血清饥饿和随后一定时间的EGF刺激,用蛋白质印迹法检测细胞内EGFR及磷酸化Erk1/2的水平,用CCK8方法检测细胞存活状况。  TBC1D3癌蛋白与β微管蛋白/微管相互作用调节EGFR信号转导的两个可能机制,一是TBC1D3与微管结合并抑制其乙酰化,使EGFR难以运输到溶酶体内降解。为了探讨此种可能的机制,以HA为对照,将HA-TBC1D3转染SMMC-7721细胞,用抗乙酰化微管抗体进行蛋白质印迹,检测微管的乙酰化状态;二是微管与TBC1D3结合并介导其对c-Cbl募集和EGFR泛素化的抑制作用,使EGFR难以泛素化而不能降解。为了探讨此种可能的假设,以HA为对照,将HA-TBC1D3和其不能与β微管蛋白结合的突变体分别转染SMMC-7721细胞,然后,用抗EGFR抗体进行免疫共沉淀,用抗c-Cbl抗体和抗泛素抗体分别检测沉淀物中c-Cbl含量和泛素化修饰的EGFR。  结果:  用抗HA抗体进行免疫共沉淀,可检测到与HA-TBC1D3而不是HA对照相互作用的β微管蛋白;以同种属IgG为阴性对照,用抗β微管蛋白抗体进行免疫共沉淀,可检测到与β微管蛋白相互作用的TBC1D3蛋白。这些结果验证了TBC1D3与β微管蛋白在细胞内的相互作用。同样,免疫共沉淀实验也检测到TBC1D3与α微管蛋白在细胞内的相互作用。微管结合分析实验显示,TBC1D3同阳性对照MAP2一样与微管结合,而阴性对照BSA并不与微管结合,提示微管可能通过其组成成分α和β微管蛋白二聚体或寡聚体介导与TBC1D3癌蛋白相互作用。通过免疫荧光染色观察到TBC1D3与β微管蛋白在细胞质及细胞膜上均有共定位分布,细胞质里共定位分布于管泡状或点状结构;用HA-TBC1D3及其一系列羧基端巢式或内在缺失变异体进行免疫共沉淀实验,结果提示TBC1D3蛋白序列上与β微管蛋白相互作用的部位可能在286到353位氨基酸之间。  免疫荧光染色后用激光扫描共聚焦显微镜进行观察,显示β微管蛋白结合缺陷的TBC1D3突变体虽然仍存在于细胞质膜上,但已从细胞浆完全消失,而出现于细胞核;用微管解聚药nocodazole破坏微管,也能使TBC1D3出现相同的细胞质核转位,表明TBC1D3是一个未见报道的核浆蛋白,其在细胞内的分布受到微管与TBC1D3相互作用的调节。  TBC1D3能抑制EGFR对其E3泛素连接酶c-Cbl的募集,使EGFR难以泛素化和降解,从而出现下调障碍,导致EGFR信号途径的下游分子Erk1/2异常活化,促进细胞异常增殖;相反,β微管蛋白结合缺陷使TBC1D3突变体丧失了抑制EGFR募集c-Cbl的功能,使EGFR能被c-Cbl泛素化和在溶酶体内降解,从而该TBC1D3突变体既不能增强和延长Erk1/2活性,又不能促进细胞增殖,提示β微管蛋白和微管参与TBC1D3对EGFR稳定性和信号转导的调节。  结论:  1.TBC1D3与β微管蛋白在肝癌细胞内能相互作用,其相互作用部位可能位于TBC1D3蛋白第286到353位氨基酸之间;  2.TBC1D3癌蛋白是细胞内一种未见报道的核浆蛋白(neucleocytoplasmic protein),其空间定位受β-微管蛋白及微管调节;  3.TBC1D3增强肝癌细胞内EGFR信号转导依赖于其与β-微管蛋白及微管相互作用,表明微管具有一种未见报道的调节EGFR降解和信号转导的机制;  4.TBC1D3抑制c-Cbl募集和EGFR泛素化的部位可能在细胞浆内,而不是在细胞质膜上。
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