ABCG转运蛋白参与植物雄性育性调控的研究进展

利用雄性不育系制种是利用杂种优势的最有效的途径,尤其对小麦(Triticum aestivum L.)、水稻(Oryza sativa L.)等自花授粉作物的杂种优势利用具有十分重要的意义。ABCG(ATP-binding cassette G transporter)转运蛋白属于ABC(ATP-binding cassette transporter)转运蛋白中的一个大亚族,参与植物各种生物过程,包括调控雄性育性。本文概述了ABC转运蛋白的特点与分类,并系统阐述了ABCG转运蛋白参与调控植物花粉壁和花药角质层发育的研究现状,同时也对ABCG转运蛋白目前研究所存在的问题提出了建议,并对后续的研究进行了展望。

植物ABCG转运蛋白研究进展

ABCG转运蛋白是ABC蛋白家族最庞大的亚族,广泛存在于植物体内。ABCG亚族主要由半分子转运蛋白WBC(white-brown complex)和全分子转运蛋白PDR(pleiotropic drug resistance)组成,其底物类型广泛,包括抗生素、植物激素、木质素单体、脂质及次生代谢产物等,涉及植物生命周期中的多种代谢活动。本文综述了植物ABCG转运蛋白的分子特性、结构及功能方面的研究进展,并对今后有关该蛋白的主要研究方向做了展望。

植物ABCG转运蛋白功能的研究进展

高等植物中细胞器及细胞之间是由生物膜分隔开来,但在植物的生理代谢及应对逆境胁迫的过程中,细胞器及细胞之间需要大量的信号与物质的交流.多数情况下,这些跨膜交流由膜上的转运蛋白来执行,其中以ABCG亚家族为代表的ABC转运蛋白家族是一类介导多种不同类型物质的跨膜转运以完成相应功能的转运蛋白.植物比其他真核生物拥有数量更多的ABCG转运蛋白,表明植物中ABCG转运蛋白具有多样且重要的功能. ABCG转运蛋白不仅参与植物正常生长发育过程中许多物质的转运,执行诸多重要的生理功能,还广泛参与植物对干旱、重金属、温度、渗透和抗生素等非生物胁迫,以及病原菌、害虫和植物化感作用造成的生物胁迫响应过程中的信号与物质转运,说明ABCG既与植物的正常生长发育相关,也在植物抵抗逆境胁迫中发挥重要作用.本文对植物ABCG转运蛋白的结构、分类、生理功能及在抗生物与非生物逆境胁迫的功能进行系统总结,为深入了解植物ABCG转运蛋白多样化功能、研究趋势和利用植物分子育种技术对ABCG基因进行表达调控以获得具有优良特性的植物新种质提供重要借鉴和参考.

三磷酸腺苷结合转运蛋白G超家族成员2(ABCG2)与肾癌干细胞关系的初步研究

目的探讨三磷酸腺苷结合转运蛋白G超家族成员2(ABCG2)在肾癌组织中的表达及其与肾癌干细胞之间的关系。方法采用免疫组化方法检测65例手术切除肾癌组织(透明细胞癌)和15例癌旁正常组织中ABCG2的表达情况。结果ABCG2阳性染色主要定位于癌细胞的细胞膜,胞质中也有部分表达。ABCG2在肾癌组织中呈较高表达,其中ABCG2在低分化肾癌组织中的表达高于中、高分化者(P<0.05);ABCG2的表达与肾癌患者的临床分期无关(P>0.05)。癌旁正常组织中ABCG2呈弱表达或无表达,与肾癌组织相比差异有显著性(P<0.05)。结论ABCG2在肾癌组织中表达较高,其可能参与了肾癌的发生和发展,可以作为肾癌干细胞研究的重要标志物。

ABCG2/Bcrp1转运蛋白:侧群干细胞的表型标记与功能调控蛋白

在骨髓、骨骼肌及神经组织均发现侧群干细胞 (SPSCs)。ABC转运蛋白ABCG2 /Bcrp1基因在不同来源侧群 (SP)干细胞均呈高表达 ,且该基因表达与SP细胞表型密切相关。SP细胞能向不同类型或不同胚层的组织细胞分化 ,很可能代表了一群更原始的干细胞 ,且与干细胞可塑性相关。而ABCG2 /Bcrp1在造血及神经等组织来源的SP干细胞中的特异表达 ,使得该转运蛋白成为从不同组织中分选多潜能干细胞的一种新的表型标记。

基于痛风性关节炎ABCG2尿酸转运靶点的穿山龙调控机制研究

目的:首次引入ABCG2尿酸转运蛋白,探讨其在痛风性关节炎中的作用机制和穿山龙总皂苷的干预作用。方法:通过Real-time PCR和Western blot方法,检测高尿酸血症小鼠肾脏ABCG2转运蛋白的mRNA和蛋白表达水平。结果:模型组m ABCG2的mRNA和蛋白表达量均明显降低(P<0.001)。穿山龙总皂苷低剂量组可明显回调该基因的mRNA表达(P<0.001),穿山龙总皂苷高、中剂量组均可回调ABCG2 mRNA表达(P<0.05,P<0.001)。穿山龙总皂苷高、中、低剂量组均可回调ABCG2蛋白的表达(P<0.001,P<0.05和P<0.05)。结论:穿山龙总皂苷可通过对肾脏尿酸转运体ABCG2的调控来促进尿酸的排泄实现对高尿酸血症的降尿酸作用。

芍药远缘杂交不亲和PlABCG15基因的克隆及表达分析

为研究芍药ABCG家族基因在芍药远缘杂交不亲和中的作用,以芍药‘粉玉奴’与牡丹‘凤丹白’杂交24 h柱头为材料,利用PCR扩增技术克隆得到一个芍药PlABCG15基因。该基因CDS区域全长1098 bp,共编码366个氨基酸;蛋白共有6个跨膜区域,以不规则卷曲为主。qRT-PCR分析显示,PlABCG15在茎中的表达水平最高;在自、杂交不同时期的柱头中,PlABCG15基因的相对表达水平总体呈上升趋势,且自交高于杂交(除第4、11、12天外)。自、杂交不同时期柱头的ABA含量总体呈下降趋势,且基因相对表达量与ABA含量呈负相关关系(自交Pearson相关系数为-0.155,杂交Pearson相关系数为-0.474(P<0.01))。亚细胞定位表明,PlABCG15定位在质膜上,进一步验证了该基因可能具有转运功能。

大豆GmABCG40基因的功能预测及表达分析

通过在大豆基因组数据库中检索拟南芥At ABCG40在大豆中的同源基因,获得了Gm ABCG40基因序列。通过对Gm ABCG40基因编码的氨基酸序列及启动子序列进行生物信息学分析,结果表明:Gm ABCG40基因CDS序列全长4 284 bp,编码1 427个氨基酸。Gm ABCG40编码的蛋白为疏水性蛋白,具有多个N-糖基化位点、激酶磷酸化位点、N-豆蔻酰化位点、2个ATP/GTP结合位点基序A和1个速激肽家族信号。结构域分析表明Gm ABCG40含有2个核苷酸结合域与2个跨膜结构域,形成NBD1-TMD1-NBD2-TMD2结构,属于ABCG亚家族的成员。Gm ABCG40预测的启动子区域含有与激素、胁迫、光应答、胚乳表达和转录因子结合相关的顺式作用元件。系统进化分析表明Gm ABCG40与菜豆、红豆、木豆、百脉根等豆科植物亲缘关系较近。组织特异性表达分析结果显示Gm DABCG40在叶片中表达量最低,在根中表达量最高,推测其可能参与根中ABA的转运过程。

稳定表达ABCG2细胞模型的建立及其在筛选ABCG2抑制剂中的应用

本研究构建了一种稳定表达ATP结合盒转运蛋白2(ATPbinding cassette subfamilyGmember 2,ABCG2)并可用于筛选ABCG2抑制剂的细胞模型。首先,利用脂质体lipo3000将表达载体pcDNA3.1(+)-ABCG2转染至HEK293细胞,经G418筛选阳性克隆株后,采用qRT-PCR与Western-blot方法进行ABCG2稳转细胞株(稳转株)的鉴定;随后,利用差速离心法提取膜囊泡,通过14C-尿酸同位素摄取实验筛选ABCG2抑制剂。结果表明,ABCG2稳转株的mRNA及蛋白质表达水平分别为野生型的1717.5倍和2.64倍;经其提取的囊泡摄取14C-尿酸的能力为对照囊泡的3.73倍。利用上述工具细胞,研究评价了临床常用的降尿酸药物对ABCG2的抑制活性。结果显示,苯溴马隆抑制ABCG2的IC50值为(3.45±1.09)μmol/L,RDEA3170抑制ABCG2的IC50为(9.90±2.11)μmol/L。综上所述,本实验成功构建了ABCG2抑制剂体外筛选模型,并首次发现RDEA3170具有ABCG2抑制作用。

ABCG2抑制剂对ALA-PDT诱导皮肤癌细胞凋亡的影响

目的探讨三磷酸腺苷结合转运蛋白G超家族成员2(ATP-binding cassette transporter group 2,ABCG2)抑制剂Ko-143对5-氨基乙酰丙酸-光动力疗法(5-aminolaevulinic acid-photodynamic therapy,ALA-PDT)诱导人皮肤基底癌细胞TE354.T和皮肤鳞癌细胞SCL-1凋亡的影响。方法体外培养TE354.T和SCL-1细胞,分为对照组、ALA-PDT组(2 mmol·L^(-1)5-ALA+PDT)、Ko-143组(10μmol·L^(-1)Ko-143)和ALA-PDT+Ko-143组(2 mmol·L^(-1)5-ALA+10μmol·L^(-1)Ko-143+PDT),应用MTT法检测细胞增殖,应用流式细胞术检测细胞凋亡,应用ELISA法检测细胞中谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)活性和丙二醛(malonydialdehyed,MDA)含量,应用蛋白印迹(Western blot)法检测细胞中原卟啉IX(protoporphyrin IX,PPIX)、ABCG2、B淋巴细胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)、Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)和活化型半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(Cleaved caspase-3)蛋白的表达。结果与对照组相比,ALA-PDT组和Ko-143组TE354.T、SCL-1细胞增殖抑制率、凋亡率、细胞中MDA的含量及PPIX和Cleaved caspase-3蛋白的表达水平均显著升高(P<0.05),细胞中GSH-Px的活性及Bcl-2/Bax蛋白的表达水平均显著降低(P<0.05),ALA-PDT组TE354.T和SCL-1细胞中ABCG2表达水平的差异均无统计学意义(P>0.05),Ko-143组TE354.T和SCL-1细胞中ABCG2蛋白的表达水平均显著降低(P<0.05);与ALA-PDT组相比,ALA-PDT+Ko-143组TE354.T、SCL-1细胞增殖抑制率、凋亡率及细胞中MDA含量、PPIX和Cleaved caspase-3蛋白表达水平显著升高(P<0.05),细胞中GSH-Px活性及细胞中ABCG2和Bcl-2/Bax蛋白的表达水平显著降低(P<0.05)。结论Ko-143可抑制ABCG2的表达,导致PPIX蛋白在细胞中的蓄积水平升高,进而提高ALA-PDT诱导TE354.T、SCL-1细胞氧化应激损伤和凋亡水平。

青蒿琥酯逆转食管癌Eca109/ADM细胞对多柔比星的耐药

目的:研究青蒿琥酯(artesunate,Art)逆转食管癌细胞Eca109/ADM对多柔比星(doxorubicin,ADM)的耐药作用及其机制。方法:实验分为生理盐水(normal saline,NS)对照组(NS组)、Art组(0.1μmol/L)、ADM组(0.2μg/ml)和Art+ADM联合组。Art、ADM、Art+ADM作用Eca109/ADM细胞48 h后,流式细胞术检测细胞凋亡率、细胞内ADM的含量及细胞中三磷酸腺苷结合转运蛋白G超家族成员2(ATP-binding cassette transporter G2,ABCG2)蛋白的表达量,Western blotting检测细胞中ABCG2蛋白表达水平。结果:Art+ADM作用Eca109/ADM细胞48 h后,细胞的凋亡率[(12.89±0.87)%]显著高于Art组[(1.58±0.12)%]、ADM组[(6.55±0.90)%]及NS组[(1.44±0.10)%](P<0.05),Art可提高Eca109/ADM细胞对ADM的敏感性。流式细胞术检测结果显示,Art+ADM组Eca109/ADM细胞中ABCG2蛋白表达量(644.60±3.21)显著低于ADM组(659.15±4.59)及NS组(658.14±6.88)(P<0.05),但与Art组(644.31±3.96)相比无显著差异(P>0.05)。Western blotting检测结果与流式细胞术结果一致,Art组Eca109/ADM细胞中ABCG2蛋白的表达水平为(0.70±0.02),与对照组的(0.80±0.03)相比显著降低(P<0.05),Art+ADM组的ABCG2蛋白(0.71±0.04)与单独应用ADM组的ABCG2蛋白(0.81±0.05)相比,ABCG2蛋白表达水平显著降低(P<0.05)。Art+ADM组Eca109/ADM细胞内ADM的含量(848.02±5.04)显著高于单独应用Art组(763.29±4.02)、ADM组(800.25±3.84)及NS组(763.88±2.03)(P<0.01)。结论:Art可以降低食管癌Eca109/ADM细胞内ABCG2蛋白表达,增加ADM的含量,逆转肿瘤细胞对ADM的耐药。

乙肝病毒X蛋白通过激活NF-κB信号通路上调ABCG2的表达

目的:研究乙肝病毒X蛋白(HBx)通过核因子-κB(NF-κB)信号通路对半转运蛋白(ABCG2)的调节作用。方法:用特异性的NF-κB信号通路阻断剂PDTC阻断NF-κB信号通路,荧光双标激光扫描共聚焦显微镜观察L02细胞系转染HBx基因前后及PDTC加入前后NF-κB信号通路的激活、失活情况,同时用Real-time PCR和Western Blot技术检测转染前后及PDTC加入前后ABCG2在mRNA及蛋白水平的表达变化。结果:以L02细胞为参照,转染HBx基因后的L02-HBx细胞NF-κB信号通路被激活,ABCG2 mRNA和蛋白水平分别增加3.62±0.15和4.61±0.73倍,差异有统计学意义(P<0.05);PDTC作用24h后L02/HBx细胞NF-κB信号通路阻断,ABCG2 mRNA和蛋白表达分别为2.15±0.32倍和2.37±0.55倍,与未加入PDTC作用的L02-HBx细胞相比均有统计学意义(P<0.05)。结论:NF-κB信号通路是HBx上调ABCG2表达的途径之一。

分子靶向药物诱导耐药鼻咽癌CNE2/DDP细胞NKG2DLs的表达

目的:探讨不同分子靶向药物对高表达与低表达ATP结合转运蛋白G超家族成员2(ATP-binding cassette super-family Gmember 2,ABCG2)的人耐药鼻咽癌CNE2/DDP细胞(分别简写为ABCG2highCNE2/DDP和ABCG2lowCNE2/DDP)表面NKG2D配体(natural killer group 2 member Dligands,NKG2DLs)表达的诱导作用及其对NK细胞杀伤敏感性的影响。方法:免疫磁珠法分选ABCG2highCNE2/DDP、ABCG2lowCNE2/DDP细胞及NK细胞。流式细胞术检测分选细胞的纯度和不同分子靶向药物(硼替佐米、索拉非尼、舒尼替尼)处理前后ABCG2highCNE2/DDP和ABCG2lowCNE2/DDP细胞NKG2DLs的表达率。LDH释放法检测不同药物处理前后ABCG2highCNE2/DDP和ABCG2lowCNE2/DDP细胞对NK细胞杀伤的敏感性。结果:ABCG2highCNE2/DDP和ABCG2lowCNE2/DDP细胞表面ABCG2的表达率分别为(91.40±2.32)%和(1.70±0.24)%。分选后NK细胞中CD3-CD16+CD56+细胞的比例达90%以上。药物处理前,ABCG2highCNE2/DDP和ABCG2lowCNE2/DDP细胞MICA、MICB、ULBP1、ULBP2和ULBP3呈弱表达;经不同分子靶向药物处理后,5种NKG2DLs的表达率均明显上升(P<0.01),以舒尼替尼处理后NKG2DLs的表达率升高最明显。随着NKG2DLs表达的上调,ABCG2highCNE2/DDP和ABCG2lowCNE2/DDP细胞对NK细胞杀伤的敏感性也随之升高。结论:不同分子靶向药物可诱导耐药鼻咽癌CNE2/DDP细胞NKG2DLs的表达,以舒尼替尼的诱导作用最强,且肿瘤细胞NKG2DLs的表达与其对NK细胞杀伤敏感性之间存在线性关系。

基于肠道尿酸转运体ABCG2的芒果苷降尿酸作用机制分析

目的：探讨芒果苷对尿酸诱导的高尿酸血症小鼠血尿酸、肠道尿酸转运体三磷酸腺苷结合盒转运蛋白G2 [ATP-binding cassette superfamily G（White）member2，ABCG2]mRNA及蛋白表达的影响，初步探讨芒果苷降尿酸的作用机制。方法：昆明种小鼠60只，随机分为6组，每组10只，分为正常组，模型组组，芒果苷（1．5，3．0，6．0mg·kg^-1）组和阳性药苯溴马隆（25．0mg·kg^-1）组，除正常组外，以腹腔注射的方式给予小鼠尿酸，诱导形成高尿酸血症模型，同时灌胃给予芒果苷及苯溴马隆，2周后磷钨酸法检测小鼠血尿酸，逆转录聚合酶链式反应（RT—PCR）及蛋白免疫印迹法（Westernblot）检测小鼠空肠、回肠部ABCG2mRNA和蛋白的表达，并采用苏木素-伊红（HE）染色观察小鼠回肠病理学变化。结果：与正常组比较，模型组小鼠血尿酸显著升高，小鼠的空部、回肠部ABCG2mRNA明显降低，小鼠的空部、回肠部ABCG2蛋白明显升高（P〈0．05，P〈0．01），病理变化不明显；灌胃给药2周后，与模型组比较，芒果苷（3．0，6．0mg·kg。）组小鼠血尿酸明显下降（P〈0．05，P〈0．01），芒果苷（1．5，3．0，6．0mg·kg。）组小鼠的空部、回肠部ABCG2mRNA表达均明显的上调，芒果苷（6．0mg·kg。）组小鼠空肠部ABCG2蛋白明显下调，而在小鼠回肠部，芒果苷（3．0，6．0mg·kg。）组的ABCG2蛋白表达明显下调（P〈0．05）。结论：芒果苷可明显降低高尿酸血症小鼠的血尿酸水平，并能使小鼠肠道ABCG2mRNA和蛋白表达改变恢复至正常水平。

虎杖-桂枝药对配伍对大鼠慢性高尿酸血症和肾、肠尿酸转运体表达的影响

目的:研究虎杖-桂枝药对配伍对大鼠高尿酸血症的防治作用及对尿酸盐阴离子转运体1(URAT1),有机阴离子转运蛋白3(OAT3),三磷酸腺苷结合盒转运蛋白2(ABCG2)表达的影响。方法:84只SD雄性大鼠随机分为正常组,模型组,苯溴马隆组(10 mg·kg^(-1)),痛风定组(160 mg·kg^(-1))和虎桂低、中、高剂量组(3.5,7,14 g·kg^(-1))。以皮下注射氧嗪酸钾(200mg·kg^(-1))和ig次黄嘌呤(50 mg·kg^(-1))和乙胺丁醇(250 mg·kg^(-1))的方法,建立高尿酸血症大鼠模型。第4天开始各组大鼠ig给予相应药物,每天1次,连续2周,测定血尿酸(SUA),尿尿酸浓度(UUA),肌酐(Cr),尿素氮(BUN),谷丙转氨酶(GPT)水平;以RT-PCR方法测定大鼠肾脏URAT1和OAT3和小肠ABCG2的mRNA表达水平,以Western blot方法测定大鼠肾脏URAT1和OAT3的蛋白表达水平;以免疫组化方法测定大鼠小肠ABCG2的蛋白表达水平。结果:与正常组比较,模型组大鼠血尿酸水平显著升高,尿尿酸排泄减少,肾脏URAT1 mRNA和蛋白高表达,肾OAT3和小肠ABCG2 mRNA和蛋白低表达,具有明显统计学差异(P<0.01)。与模型组比较,虎桂药对高中剂量组能显著降低血尿酸和尿素氮水平,增加24 h尿酸排泄量;虎桂药对高中剂量组能显著降低肾脏URAT1 mRNA和蛋白表达量水平,升高肾脏OAT3和小肠ABCG2 mRNA和蛋白的表达量水平,均具有明显统计学差异(P<0.01,P<0.05)。结论:虎桂药对有明显的抗高尿酸血症作用,可能是通过下调大鼠肾脏URAT1的表达,并上调大鼠肾脏OAT3和小肠ABCG2的表达而减少尿酸的重吸收并增加其排泄。

四妙丸上调高尿酸血症大鼠小肠ABCG2表达促进肠道尿酸排泄的作用

目的:研究四妙丸对高尿酸血症大鼠小肠三磷酸腺苷结合盒转运蛋白G2(ABCG2)表达和肠道尿酸排泄的影响。方法:48只雄性SD大鼠随机分为正常组、模型组、苯溴马隆组(4.7 mg·kg^(-1))和四妙丸高、中、低剂量组(2260.6、1130.3、565.2 mg·kg^(-1)),每组8只。以氧嗪酸钾和次黄嘌呤制备高尿酸血症模型,连续21 d。第8天予相应药物干预,1次/d,持续14 d。第21天处死大鼠,检测血尿酸、肠道尿酸、血肌酐、血尿素氮等指标,以蛋白免疫印迹法(Western blot)检测大鼠小肠ABCG2蛋白表达,实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-time PCR)检测小肠ABCG2 mRNA表达,免疫组化法检测小肠ABCG2蛋白表达和定位。结果:与正常组比较,模型组血尿酸、血肌酐、血尿素氮显著升高(P<0.01);与模型组比较,四妙丸各剂量组和苯溴马隆组大鼠血尿酸水平均显著降低(P<0.01),四妙丸中、低剂量组肠道尿酸明显升高(P<0.05,P<0.01),苯溴马隆组血肌酐显著升高(P<0.01),低剂量组血尿素氮明显降低(P<0.05),四妙丸低剂量组与苯溴马隆组血尿酸比较差异无统计学意义。Western blot结果显示,与正常组比较,模型组ABCG2蛋白表达明显下降(P<0.05);与模型组比较,四妙丸中、低剂量组ABCG2蛋白表达水平明显升高(P<0.05,P<0.01),四妙丸高剂量组及苯溴马隆组升高但差异无统计学意义。Real-time PCR分析显示,与正常组比较,模型组ABCG2 mRNA表达差异无统计学意义;与模型组比较,四妙丸中、低剂量组ABCG2 mRNA表达明显升高(P<0.05)。免疫组化显示,ABCG2蛋白主要分布于肠绒毛,与正常组比较,模型组ABCG2蛋白表达差异无统计学意义;与模型组比较,四妙丸各剂量组ABCG2蛋白表达明显升高(P<0.05)。结论:四妙丸可显著降低高尿酸血症大鼠血尿酸,其中低剂量四妙丸具有与苯溴马隆等效的降尿酸作用,同时可保护肾功能,其机制可能与上调肠道ABCG2表达促进肠道尿酸排泄有关。