Bax BH3结构域的多肽链(H2-H3)通过抑制Bcl-2的成孔和中和Bcl-2的抗Bax作用而引起细胞凋亡

成孔和蛋白间的相互作用在Bcl-2家族对凋亡的调节过程中起着重要的作用。促凋亡蛋白Bax和抗凋亡蛋白Bcl-2通过在线粒体外膜上形成不同的孔来调节膜的通透性。Bcl-2的过度表达与许多肿瘤的发生密切相关,因此研制能抑制Bcl-2功能的小分子化合物一直是抗肿瘤研究领域的一个重点。由于Bax可以通过其BH3结构域和Bcl-2结合,继而抑制Bcl-2的抗凋亡功能;所以来源于Bax BH3结构域的多肽链(H2-H3)被认为是Bcl-2的拮抗剂。我们最近发现,H2-H3能够激活Bax以及抑制Bcl-2的抗Bax作用,从而诱导细胞色素C的释放和细胞凋亡;但其中的分子机制尚未完全阐明。本文通过对Bcl-2和Bax在脂质体膜上成孔过程的研究,发现:H2-H3可以抑制Bcl-2的成孔;并且可以中和Bcl-2对Bax成孔的抑制作用。造成H2-H3促凋亡功能丧失的点突变同样也会造成H2-H3对Bcl-2的抑制作用。因此本文的研究结果提示:H2-H3的促凋亡功能与其抑制Bcl-2的成孔和中和Bcl-2的抗Bax作用有关。

在酸性pH值下Bcl-2的胞浆结构域通过低聚反应在脂质体膜上成孔

促凋亡蛋白Bax和抗凋亡蛋白Bcl-2的三维结构与白喉毒素和大肠杆菌成孔结构域极其相似。与结构相似性一致的是,现有的研究表明Bax和Bcl-2均具有成孔特性。但具有成孔特性的多种蛋白,其成孔的机制却不尽相同。Bax和白喉毒素是通过形成寡聚体成孔,而大肠菌素A却通过形成单体成孔。虽然现有的研究发现Bcl-2可以在正常细胞和凋亡细胞的线粒体形成寡聚体,但对低聚反应是否参与成孔却知道甚少。为了探讨Bcl-2的成孔机制,本文利用Bcl-2的纯化蛋白和脂质体膜研究了其成孔过程。结果发现:Bcl-2的孔径大小与其浓度有关;在一定的浓度下,脂质体包埋的小分子物质比大分子物质可以更快地从脂质体释放;预形成的Bcl-2寡聚体引起的从脂质体的物质释放明显快于Bcl-2单体。因此,研究结果提示:Bcl-2的成孔与其低聚反应有关。

Bcl-2的胞浆结构域在酸性pH的诱导下可与脂质体的膜相结合并在脂质体膜上形成孔径较小的孔(英文)

线粒体外膜的通透性是通过膜蛋白Bcl-2家族间的相互作用调节的。其中,促凋亡蛋白Bax被BH3-on-ly蛋白激活后,可以增加线粒体外膜的通透性,释放细胞色素C。而抗凋亡蛋白Bcl-2则可以保护线粒体外膜。以往的研究表明:两种蛋白都可以在膜上成孔,而且凋亡蛋白Bax成孔与线粒体外膜的通透性密切相关,但有关抗凋亡蛋白Bcl-2的成孔却少有报道。为此,我们利用含有线粒体脂质的脂质体膜研究了无C-末端跨膜序列的重组抗凋亡蛋白(Bcl-2ΔTM)的成孔特性。我们的研究结果显示:Bcl-2ΔTM只能在酸性pH(<5.0)的条件下成孔;酸性pH可诱导Bcl-2ΔTM与脂质体的结合;与Bax可以在膜上形成大孔以释放分子量最大可达2 000 KDa的大分子不同,Bcl-2ΔTM成孔的孔径明显较小,仅仅能让几个KDa的小分子通过。这些结果表明促凋亡蛋白Bax和抗凋亡蛋白Bcl-2可能通过在线粒体外膜上形成孔径不同的孔来参与凋亡的调节:Bax可以在膜上形成大孔释放细胞色素C以促进凋亡,而Bcl-2则在膜上形成小孔参与维持线粒体外膜的正常通透性。另外,我们还发现Bcl-2ΔTM的孔径大小与其浓度有关,提示Bcl-2的成孔与其低聚反应有关。