角朊
细胞的增殖和分化是一个受到精细调节的过程,这个过程伴随着一系列形态学和生化改变,最终形成角质细胞。在这个过程中,许多结构基因会同时活化与灭活,也就是基因表达的调控,而
转录水平的调控尤为重要。现在已经发现了多种
转录因子,如AP1、AP2、Sp1、POU结构域及C/EBP等,它们能够调节角朊细胞基因的表达。
转录因子(transcription factor)是一类能够与位于转录起始
位点上游的顺式作用元件结合并参与调节靶基因转录效率的
蛋白质。它们通常包含
脱氧核糖核酸结合域、转录调控域及自身活性调控域,能够在多个层面调控基因表达。转录因子可以通过组合调控的方式,即使转录因子未激活或含量变化,也能激活基于靶基因中特定转录因子结合位点的转录。此外,
转录因子还能整合从
细胞表面经信号转导途径传递而来的信号。
AP1转录因子通常由jun和Fos家族成员组成的
同源或异源二聚体表达其活性,结合于5'-GTGAGCTCAG-3'序列。AP1
位点对于编码
角蛋白、丝聚合蛋白原、套膜蛋白、
谷氨酰胺转氨酶等相关蛋白的基因的最适
转录活性十分重要。AP1的作用特点包括作为基因表达的活化蛋白,不限于某一类角朊细胞基因或编码特定蛋白的基因,且不同的AP1家族成员可调节不同的角朊细胞基因。AP1在表皮中的表达类型也受到研究者的重视,因为
转录因子的分布是决定靶基因表达类型的重要因素。
AP2转录因子的
脱氧核糖核酸结合域位于其
羧基末端,其
氨基末端富含
L-脯氨酸,这一区段对于转录活化是必需的。AP2作用时以同源二聚体形式与富含GC的共有结合
位点(5'-GN4GGG-3')相结合。AP2可作为套膜蛋白基因表达的
转录活化蛋白,而在套膜蛋白
启动子近侧调节区的AP2位点则可抑制启动子的活性。远侧启动子中的AP2样位点也是一种转录激活物,其可与角朊细胞分化因子结合而促进套膜蛋白依赖分化的表达。
Sp1
转录因子是一种含有锌指结构、序列特异性的
脱氧核糖核酸结合蛋白,含有A、B、C、D四个结构域。Sp1可与GC盒共有序列5'-GGGCGG-3'相结合,并可与其他转录因子一起参与基因表达的共同调控。现已发现在几个表达于角朊细胞的基因中存在着功能性Sp1结合
位点。Sp1与Sp2、Sp3及Sp4同属一个家族,Sp3在依赖周期素激酶抑制剂p21的诱导的
小鼠角朊细胞分化过程中起着重要作用。
Ets因子包括20余种不同的蛋白,其特征是均具有Ets结构域,即
脱氧核糖核酸结合域。Ets蛋白作用时以
单体形式存在,但往往可与其他
转录因子协同作用。Ets
因子对基因表达的调控效应可能是激活也可能是抑制,这可能有两方面的原因:①Ets蛋白可与结合于邻近顺式作用元件的非Sp1转录因子相互作用;②Ets共有元件周围的DNA序列可影响Ets结合DNA的能力。
POU结构域蛋白可以单体形式与八聚体结合基序5'-ATGCAAAT-3'结合而调节基因
转录。已定位于表皮的POU因子有Oct-11(
SKN1a/Epoc-1)和Oct-6,其中Skn-1a/Skn-1i仅表达于
毛囊间表皮及毛皮质
细胞。功能分析表明POU结构域蛋白(Oct-1、Oct-2、Brn-4、SCIP、Skn-1a及Skn-1i)可抑制角朊细胞中套膜蛋白
启动子的转录。除对基础转录有抑制作用外,POU
转录因子还可抑制TPA介导的套膜蛋白启动子活性。
C/EBP是一大类转录因子的总称,其特点是能结合CCAAT和病毒的增强子,常以
同源二聚体及异源二聚体形式与
脱氧核糖核酸结合,并具有亮氨酸拉链结构域。现对C/EBP在表皮中的表达知之甚少,仅有凝胶迁移率变动分析试验证实C/EBP家族成员可与套膜蛋白启动子近侧调节区、HPV11启动子的上游调节区及BPV4长控制区的C/EBP应答元件相结合。C/EBP可激活套膜蛋白
启动子的
转录并可介导依赖TPA的转录活性增强,C/EBP可与AP1、Ets及AP2因子一起协同调节套膜蛋白近侧启动子的转录活性。
除了上述主要的两类转录因子外,还有其他类型的转录因子参与角朊细胞基因表达的调控。例如,K17基因的上游启动子中有γ
干扰素激活的STAT因子的结合
位点,被称为γ干扰素活化序列(GAS)。在皮肤发生迟发型接触性过敏时,STAT-91可转位至角朊
细胞核内与启动子中的GAS元件结合而激活K17的表达。兔K3基因的5'上游序列中则有NFκB的结合位点(5'-GGGCTTTCC-3'),瞬时转染实验表明NFκB基序在体外经诱变后可使兔K3
启动子活性丧失20%。此外,在增生过度的
小鼠表皮中还可检出高水平的同源异型盒蛋白Hoxb-4、b-6、b-7及a-10。
转录因子间的相互协作(即组合调控)是保证角朊细胞基因的组织特异性表达的重要机制之一。在上述转录因子中,大部分属于遍在转录因子,如AP1、Sp1。在角朊细胞基因表达的调控中组合调控较为常见。
综上所述,每一个转录因子家族成员既可调节分化早期基因的表达,又可调节分化后期的基因表达。在某一分化时期,特定的转录因子可选择性地激活或抑制特定的基因的表达,这是表皮各层在形态上逐渐发生变化的分子基础。尽管大多数调节元件位于
转录起始
位点上游,但仍有少数调节元件,尤其是那些调节发育过程中基因表达的元件,则可位于
内含子中及转录终止位点。此外,在某些角朊细胞的基因表达过程中还涉及到组合调控。正是因为
转录因子在角朊细胞基因表达调控中的重要作用,我们预计未来会在表皮中鉴定出更多的转录因子,并逐步阐明其作用机理以及与信号转导途径的关系。