生長因子、訊號傳遞

與轉錄調控

今年加州大學洛山磯分校舉辦的「分子與細胞生物學研討會」系列，將「細胞生長的轉錄調控」與「受體傳遞的二級訊號」合併一起舉行。這顯示了一個新的整合趨勢：研究激素作用機制的學者，開始探索激素帶給細胞的訊號，如何在細胞核內改變特殊基因的表現；而過去專心解開基因轉錄之謎的科學家，也開始注意，是那些外界的訊號會影響這些轉錄因子的活性。

聯合研討會由新任的洛克菲勒大學校長David Baltimore教授，發表講座演說：「轉錄作用的決策過程」而掀開序幕。往後六天內，上午及傍晚各有一個子題研討，由二至四位專家發表專題講演，晚上則為壁報展示，約有500篇壁報參加。全部與會的學者近800人。

有關細胞生長控制的研究，過去大多集中在尋找新的生長因子，鑑定生長因子受體的特性，以及探索細胞的那些基因會受生長因子的調控。由於許多生長因子的受體，本身具有酪胺酸激（tyrosine kinase）的活性，因此目前一個重要的問題就是，在細胞裡那些蛋白質或酵素是這些受體激作用的「目標」；而它們受到激修飾後，會產生什麼變化？這些變化與生長因子帶給細胞的生理變化又有何關連？

為了要找出受體激的目標，目前最「流行」的方法就是利用認識受體的專一抗體，將受體沈澱下來；然後再看看有那些蛋白質會伴隨受體一起沈澱下來。這些蛋白在細胞裡，很可能就是和受體緊密結合在一起，而成為受體作用的目標。所以有人說個笑話，過去大家利用抗體沈澱受
體的時候，總是希望沈澱洗得愈乾淨愈好，最好是只有受體一種蛋白被沈澱下來。但是現在情形正好相反，大家拼命注意那些伴隨受體沈澱下來的蛋白，因此希望抗體沈澱愈髒愈好。

當細胞裡的一些蛋白伴隨受體沈澱下來，除了讓我們知道這些蛋白質可能和受體緊密結合外，我們還希望知道這些蛋白是不是受體激的基質。這個問題可以利用認識磷酸化酪胺酸的抗體，來檢查那些和受體結合一起的蛋白，是否曾被受體激在酪胺酸上磷酸化。如果答案也是肯定
，那麼剩下來的問題就是：這些蛋白是什麼東西？

要回答這個問題的策略不多，只能猜猜罷了！猜的方向不外乎從這些蛋白的分子量與已知蛋白相比，再利用辨認已知蛋白的抗體或測量已知酵素活性來確認。這個方法雖然不怎麼高明，但也不斷有所斬獲。目前比較確定能被生長因子受體激磷酸化的蛋白有：

一、磷酯肌醇三磷酸激（phosphotidylinositol 3-phosphate kinase）：負責在細胞內產生一些罕見的肌醇多磷酸（inositol polyphosphate），不過它的生理功能並不清楚。

二、raf激：raf是一種致癌基因，存在於細胞質中，它本身具有絲胺酸激（serine kinase）的活性，但生理功能也不清楚。

三、MAP激：MAP是和微小管結合在一起的蛋白（microtubule associatedprotein），其激也是一種絲胺酸激，目前已知可以磷酸化並活化S6核糖體蛋白激（ribosomal protein S6kinase），是當今研究激素受體訊號傳遞的重點。

四、脂抑素（lipocortin Ⅰ）：在試管中可以抑制磷酯（phospholipase）A₂的活性，但這個活性似乎不受本身磷酸化的影響，因此確實的生理作用也是未知！

五、磷酯C-γ（phospholipase C-γ, PLC-γ）：PLC-γ經受體磷酸化後活性會增加，而使細胞內激素的二級訊號物──肌醇三磷酯（inositol triphosphate）與雙醯甘油（diacyl glycerol）──濃度增加。不過光這二樣物質增加，並不足以誘發細胞的DNA複製，顯示這只是生長因子受體諸多作用中的一種。

六、ras-21:ras也是一種致癌基因，它究竟在什麼情況下會被受體激磷酸化，迄今未成定論。不過因為它在細胞生長的控制過程中舉足輕重，所以一直為大家所矚目。

七、GAP:GAP能加速ras蛋白水解鳥核三磷酸（GTP）的活性，因此可以視為控制ras的重要因子。證實它能被生長因子受體激磷酸化，也等於把生長因子與ras的活性扯在一起，這無疑是未來探索細胞生長調控的重要線索。

生長因子透過其受體的作用，誘發細胞DNA複製而完成細胞的生長週期，有如一幅錯綜複雜的拼圖。我們目前剛剛才開始找到一些有關的碎片，這些碎片如何互相拼湊，還有那些失落的環節有待發掘，都是未來重要的研究方向。而目前最感到不足的地方是，缺少一個強有力的遺傳系統，使我們無法得知究竟有多少重要的蛋白，真正參與生長因子誘發DNA複製的過程。同時我們也很難判斷那些被受體激磷酸化的蛋白中，那些扮演主要、那些扮演次要的角色。過去二年中，酵母菌對我們了解細胞生長週期的基本調控，提供了無比的助力，同時它也證明單細胞和多細胞生物參與生長調控的物質，非常相似，甚至有些還可以互相取代。所以能否利用酵母菌的遺傳系統，來探討生長因子的訊號傳遞，應該是我們未來面臨的挑戰。

當生長因子經由受體影響細胞某些特殊基因表現的時候，我們想問的問題是：這些基因轉錄的過程中有那些轉錄因子參與？這些轉錄因子在生長因子作用時，活性是否會變化？如果會變化是經由那一些機制造成的？

整個研討會的主要部分仍然停留在對基本轉錄因子的探討上，而其中最重要的研究方向有二個：一是探討這些轉錄因子彼此間的作用如何。這方面的研究，有點像上面提過生長因子受體的研究，都是希望利用特異性抗體捉住一些意想不到的東西。在轉錄因子的研究方面，還可以利用
DNA-蛋白複合體的大小來判斷是否有「多餘」的蛋白參與轉錄因子和DNA間的作用。

另一個方向就是大量利用酵母菌的遺傳系統，來鑑別轉錄因子在細胞內扮演的生理角色。這一方面轉錄因子的進展遠較生長因子來得快速。我想最主要的原因是，酵母菌與哺乳類細胞的基本轉錄過程，使用的「工具」非常相似，因此很容易就可以把酵母菌當作一個「活的試管」，進行各種基因操作。所以建立好的遺傳模式，對複雜的生物體系從事有系統的鑑定、探索，可以說是分子生物學未來最重要的一個研究方向之一，值得我們重視！

至於說轉錄因子與生長因子訊號傳遞間的關係，最好的還是Baltimore提出有關轉錄因子NF-KB的例子來說明。最早是認為，這個轉錄因子負責B淋巴細胞製造抗體的輕鏈基因所必需的，但是後來發現它在許多不同細胞中參與不同基因表現的轉錄作用；而且在不同細胞中，會受到不同因子作用的調控。這樣一個單一的轉錄因子，如何作到這麼複雜的調控過程？

Baltimore發現NF-KB在細胞質中，本來就和其他二個蛋白緊密結合在一起，形成沒有活性的複合體。當不同細胞受到不同因子刺激時，都會在細胞內產生二個共同的二級訊號物──雙醯甘油和肌醇三磷酸。前者加上後者誘發的鈣離子，會一起激發活細胞內一個蛋白激C；蛋白激C
就磷酸化與NF-KB結合在一起的「抑制蛋白」，使這個複合體解離，而讓具活性的NF-KB進入細胞核。NF-KB配合其他的轉錄因子，就可以分別控制不同的基因表現（見圖）。

周成功任職於榮民總醫院醫學研究部，本刊編輯委員

回到最上面

科學月刊全文資料庫

最佳瀏覽解析度800*600，請使用IE4.0以上版本的瀏覽器

科學月刊雜誌社．金台灣資訊事業有限公司．圖龍文化事業股份有限公司版權所有
Copyright 2000 Science Monthly and King-Taiwan Information Technology Inc. All Rights Reserved.