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分子细胞生物学。2002年10月;22(20): 6959–6970.
数字对象标识:10.1128/MCB.22.20.6959-6970.2002
预防性维修识别码:项目经理139806
PMID:12242277

适配器蛋白ZIP结合Grb14并通过招募蛋白激酶Cζ调节其对胰岛素信号的抑制作用

摘要

Grb14是Grb7适配器家族的一员,是胰岛素介导信号的负调控因子。在这里,我们发现蛋白激酶Cζ(PKCζ)相互作用蛋白ZIP与Grb14相互作用。协同免疫沉淀实验表明,ZIP结合到Grb14和PKCζ上,从而在PKCξ-ZIP-Grb14异源三聚体复合物的组装中起到连接作用。定位研究表明,ZIP通过其ZZ锌指结构域与Grb14的磷酸化胰岛素受体相互作用区(PIR)相互作用。体内标记实验证明,PKCζ在体外条件下和CHO-IR细胞中磷酸化Grb14。此外,在胰岛素刺激下Grb14磷酸化增加,表明PKCζ-ZIP-Grb14复合物参与胰岛素信号传导。Grb14的PIR也与胰岛素受体(IR)的催化结构域相互作用并抑制其活性,优先被PKCζ磷酸化。有趣的是,PKCζ对Grb14的磷酸化增加了其对体外IR酪氨酸激酶活性的抑制作用。在体内进一步研究了ZIP和Grb14在胰岛素信号传导中的作用非洲爪蟾卵母细胞。在该模型中,ZIP增强了Grb14对胰岛素诱导的卵母细胞成熟的抑制作用。重要的是,这一效应需要PKCζ的募集和Grb14的磷酸化,为ZIP和PKCξ调节Grb14抑制作用提供了体内证据。总之,这些结果表明Grb14、ZIP和PKCζ参与了胰岛素信号的新反馈途径。

分子适配器是由各种蛋白-蛋白质或蛋白-样相互作用域并列而无酶活性的蛋白质。这些蛋白质是信号转导途径的重要组成部分。Grb7适配器家族包括Grb7、Grb10和Grb14,与受体酪氨酸激酶(RTK)信号传导有关(7,41). 越来越多的证据表明Grb14和Grb10在胰岛素信号传导中具有抑制作用。Grb14在胰岛素敏感组织中选择性表达,并在胰岛素刺激下与体内胰岛素受体(IR)相互作用。此外,CHO-IR细胞系中Grb14的过度表达可抑制胰岛素刺激的特定蛋白酪氨酸磷酸化,如IRS-1,以及远端效应,如DNA和糖原合成(23,28). 尽管发现有争议(46,52,71)Grb10亚型的过度表达研究也与胰岛素信号传导中的负作用一致(34,44,48). 最近对Grb7蛋白家族和IR之间相互作用的分子分析为其抑制作用提供了线索。这些蛋白质以胰岛素依赖的方式与IR的活化酪氨酸激酶环相互作用,这种相互作用由其C末端区域介导,该区域包含磷酸化IR相互作用区域(PIR,也称为BPS,位于pleckstrin同源[PH]结构域和Src 2同源[SH2]结构域之间)和SH2结构域(17,21,22,27,28,34). 使用体外酪氨酸激酶分析,最近发现PIR结合抑制IR酪氨酸激酶活性(2,67).

除PIR和SH2结构域外,Grb7蛋白家族成员还包含几个保守的相互作用区域,包括一个中心PH结构域和一个N末端富含脯氨酸的基序,该基序符合SH3结合位点的一致序列。这些结构域是可能参与RTK信号传导的各种蛋白质的结合位点。许多报告描述了Grb蛋白与各种RTK的相互作用,但很少有研究确定参与受体后信号步骤的伙伴,其中大多数涉及Grb10伙伴(有关综述,请参阅参考文献20). 激酶,如丝氨酸/苏氨酸激酶MEK1和Raf1或酪氨酸激酶Src和Tec,以及泛素连接酶Nedd4已被证明与Grb10的SH2结构域相互作用(33,38,45,50). 也有人提出cAbl与Grb10富含脯氨酸的基序相互作用(17). 到目前为止,只有一篇关于非受体Grb14相互作用蛋白的报道,这是一种新的人类tankyrase,已被鉴定与Grb14的N端结构域有关。该tankyrase是一种锚蛋白重复序列蛋白,可能参与Grb14的亚细胞定位(36).

为了鉴定Grb14的新下游伙伴,我们使用Grb14 C末端结构域作为诱饵,对大鼠肝脏cDNA文库进行了双杂交筛选。在本研究中,我们发现分子适配器ZIP(蛋白激酶Cζ[PKCζ]相互作用蛋白),也称为p62(55,60),与Grb14相互作用。ZIP在体内将非典型PKCζ与Grb14连接成异源三聚体复合物.此外,我们证明PKCζ在体外磷酸化Grb14并增强其对IR催化活性的抑制作用。在功能相关性方面,这些数据与Grb14和ZIP对胰岛素诱导的非洲爪蟾卵母细胞。总之,这些发现表明Grb14、ZIP和PKCζ参与了一种常见的胰岛素信号下调途径。

材料和方法

试剂和抗体。

以下试剂是从指定来源购买的:寡核苷酸、培养基和G418(Geneticin)来自Life Technologies;人重组PKCζ来自Upstate Biotechnology Inc。;细胞可渗透的肉豆蔻酰化PKCζ假底物抑制剂(Myr SIYRRGARRWKRL)来自Calbiochem;潮霉素和单克隆抗血凝素抗体来自Roche Molecular Biochemicals;单克隆抗myc和抗V5抗体来自Invitrogen;单克隆抗ZIP(p62)抗体来自Transduction Laboratories,Inc。;抗PKCζ和抗细胞外信号调节激酶2(抗ERK2)多克隆抗体来自Santa Cruz;和聚Glu-Tyr(4:1),所有化学品均来自Sigma France。前面描述了多克隆抗Grb14抗体(28). 针对谷胱甘肽产生多克隆抗ZIP抗体S公司-转移酶(GST)-ZIPΔAID融合蛋白,使用前用蛋白A-琼脂糖纯化。

酵母双杂交筛。

酿酒酵母L40菌株一方面使用pFBL23-Grb14,编码Grb14的C末端结构域(氨基酸346至538),与LexA结合结构域N末端融合,另一方面使用来自大鼠肝脏的寡核苷酸引物cDNA文库,与pGAD3S2X质粒中的Gal4激活结构域融合克隆,如前所述(28). 产生His酵母菌落库的质粒+LacZ公司+分离表型,并使用pLex-lamin作为阴性对照,测试其产物与Grb14的相关性的特异性。对这些阳性质粒的cDNA插入进行测序。

5′RACE和cDNA克隆。

通过双杂交筛选获得pGAD-3′ZIP片段,包含大鼠ZIP的104~440个氨基酸。为了克隆ZIP cDNA的5′端,利用Advantage cDNA PCR试剂盒(Clontech),在大鼠肝脏Marathon Ready预制cDNA文库(Clonteh)上使用5′快速扩增cDNA末端(5′RACE)技术。我们根据大鼠ZIP的已发表序列(GenBank登录号:。Y08355型)以及在克隆插入物中设计的反义引物。我们获得了一个940-bp的片段,对应于cDNA的5′端。通过TA克隆将该片段亚克隆到pTAdv载体(Clontech)中。生态RI公司/巴姆然后从pTAdv-5′ZIP质粒中切下HI片段(750bp长),并连接到pGAD-3′ZIP上生态RI和巴姆HI,生成pGAD-ZIP(全长)。

质粒结构。

利用引物从pGAD-ZIP质粒中扩增出ZIPα、ZIPβ、ZIPΔAID+ZZ(Δ1-163)、ZIP△AID(Δ1-103)、ZIPZZ(104-163)、ZIPAID+Z(1-163)生态RI站点位于5′端Xho公司I定位于3′端,然后在pGEX4T2载体(Amersham Pharmacia Biotech)的框架中克隆以产生GST-ZIP融合蛋白。在pcDNA6/V5-HisC(Invitrogen)中也克隆了ZIPα和ZIPβ,用于表达V5表位标记版本。所有结构均通过DNA序列分析进行验证。pECE-myc-Grb14、pGEX-Grb7、pGEX-Grb10和所有pGEX-Grb14构建体已在前面进行了描述(2,28).

细胞培养和裂解物的制备。

在添加1 mM谷氨酰胺、青霉素(100 U/ml)、链霉素(100μg/ml)和10%胎牛血清的火腿F-12培养基中,在G418(75μg/ml,CHO-IR)存在下,添加潮霉素(100μg/ml)(CHO-IR-Grb14),培养中国仓鼠卵巢细胞,稳定地过度表达IR(CHO-IR(28). COS细胞在Dulbecco改良的Eagle's培养基中生长,补充有1 mM谷氨酰胺、青霉素(100 U/ml)、链霉素(100μg/ml)和10%胎牛血清。按照制造商的建议,使用Lipofectamine(Invitrogen)瞬时转染融合细胞。细胞被血清饥饿24小时,并用胰岛素刺激或不刺激(10−7M) 在37°C下保持10分钟。然后在4°C下将其溶解在裂解缓冲液(20 mM Tris-HCl[pH7.5]、150 mM NaCl、5 mM EDTA、30 mM焦磷酸钠、50 mM NaF、1%Triton X-100、胃蛋白酶抑制素[1μg/ml]、亮氨酸肽[2μg/ml]、抑肽酶[5μg/ml]1 mM苯甲基磺酰基氟化物、1 mM原钒酸钠)中,并在4°C下轻轻旋转30分钟。然后用15000×在4°C下离心15分钟。

GST融合蛋白的产生。

纯化的GST融合蛋白如前所述产生(29). 在十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分析后,通过考马斯蓝染色定量融合蛋白。用于体外磷酸化实验和非洲爪蟾卵母细胞微注射后,用50 mM Tris-HCl(pH 8)从谷胱甘肽-脑葡萄糖珠中洗脱融合蛋白,其中含有10 mM还原型谷胱甘苷,并如上所述进行定量。

体外相互作用分析。

细胞裂解物(250μg)与3μg固定化GST融合蛋白在4°C下培养过夜。对于与PKCζ的体外相互作用,在4°C下,在500μl裂解缓冲液中培养2.5 ng人重组PKCξ1小时,其中含有1.5μg固定化GST融合蛋白。在大量洗涤后,结合蛋白在SDS样品缓冲液中加热洗脱,用SDS-PAGE分离,并转移到硝化纤维素中。我们通过硝化纤维素膜的Ponceau红染色验证了使用了等量的GST融合物。然后用所示抗体对膜进行免疫检测。使用ECL检测试剂盒(Amersham Pharmacia Biotech)显示免疫反应带。

免疫沉淀和蛋白质印迹分析。

在共免疫沉淀实验中,用所示表达质粒瞬时转染细胞。从转染后48小时开始,细胞被血清饥饿24小时,并用胰岛素刺激或不刺激(10−7M) 在37°C下保持10分钟。如上所述制备细胞裂解物。在预筛选步骤后,将500μg细胞裂解物与所示抗体在100μl蛋白a-琼脂糖存在下在4°C下孵育过夜。将免疫沉淀物在裂解缓冲液中洗涤三次,进行SDS-PAGE,并用所示抗体进行免疫检测。免疫反应带如上文所述。

对于大鼠体内研究,在裂解缓冲液中提取肝蛋白,然后在4°C下轻轻旋转溶解裂解产物90分钟,并用15000×在4°C下离心15分钟。蛋白质浓度使用双钦酸蛋白质测定法(Pierce)测定。如上所述进行免疫沉淀。

PKCζ体外磷酸化Grb14。

PKCζ激酶分析基本上按照制造商(Upstate Biotechnology Inc.)的建议进行。在室温下,将人重组PKCζ(50 ng)与所示量的洗脱GST融合蛋白在分析稀释缓冲液II(20 mM MOPS[PH7.2]、25 mMβ-甘油磷酸、1 mM原钒酸钠、1 mM-二硫苏糖醇、1 mM/氯化钙)中预孵育10分钟。激酶反应(最终反应混合物体积,60μl)通过加入5μg磷脂酰丝氨酸,7.5mM MgCl引发2、50μM ATP和5μCi的[γ-32P] ATP。在30°C下培养30分钟后,通过添加Laemmli样品缓冲液停止反应,并将样品煮沸5分钟。然后对样品进行SDS-10%PAGE,并通过放射自显影术检测磷酸化蛋白对应的条带。用于GST-PIR-SH2的体外IR酪氨酸激酶测定,以及用于磷酸化GST-PIR的微量注射非洲爪蟾如上文所述,将2μg GST融合蛋白卵母细胞与50 ng PKCζ孵育。通过测定稀释缓冲液II稀释获得不同数量的GST融合蛋白。

代谢标记。

如图所示,用myc-Grb14、HA-PKCζ和pcDNA6(空载体)瞬时转染融合CHO-IR细胞。从转染后24 h开始,细胞被血清饥饿16 h。细胞在含有100μCi/ml[32P] 正磷酸盐(Amersham Pharmacia Biotech),然后用胰岛素刺激或不刺激(10−7M) 在37°C下保持10分钟。如有必要,在胰岛素刺激前30分钟添加20μM PKCζ假底物抑制剂。细胞在pH 7.4的KRBH缓冲液中清洗两次(107 mM NaCl,5 mM KCl,3 mM CaCl2,1 mM硫酸镁4、20 mM HEPES、10 mM葡萄糖、1%牛血清白蛋白、7 mM NaHCO)刮到裂解缓冲液中。用15000×在4°C下离心15分钟。上清液部分用抗Grb14多克隆抗体进行免疫沉淀。免疫复合物用裂解缓冲液洗涤三次,在Laemmli样品缓冲液中煮沸,用SDS-10%PAGE分离,并转移到硝化纤维素中。用荧光成像仪(分子动力学)检测磷酸化Grb14并进行定量(ImageQuant)。然后使用抗myc抗体对硝化纤维素膜进行免疫检测。

体外IR酪氨酸激酶活性测定。

通过小麦胚芽凝集素(WGA)亲和层析部分纯化IR,基本上如前所述(2). 在室温下,在有或无100 nM胰岛素的情况下,在30 mM HEPES缓冲液(pH 7.6)中,将WGA纯化受体培养1 h,并补充30 mM NaCl、0.1%Triton X-100和0.03%牛血清白蛋白。通过添加磷酸化缓冲液(8 mM MgCl)启动受体的自磷酸化2,4 mM氯化锰2、20μM ATP和5μCi的[γ-32P] 每个样品ATP)在室温下,在存在不同量的Grb14的GST-PIR-SH2的情况下,持续30分钟,先前是否被PKCζ磷酸化。使用15μg合成底物聚谷氨酸-酪氨酸(4:1)进行酪氨酸激酶分析。30分钟后,通过在Whatman ET31滤纸正方形(2×2 cm)上点取混合物,停止反应,如前所述进行处理(2). 结果表示为在没有添加融合蛋白的情况下测得的最大胰岛素刺激激酶活性的百分比。

非洲爪蟾卵母细胞研究。

在使用MS 222(1 g/升;Sandoz)麻醉后,非洲爪蟾手术切除卵巢碎片,并将其置于缺乏钾(82.5 mM NaCl,1 mM MgCl)的改良OR2培养基中2,1 mM氯化钙2,1 mM钠2高性能操作4,5 mM HEPES,调节至pH 7.4),补充链霉素-青霉素(各50μg/ml;Eurobio)、四环素(50μg/ml;Sigma)、丙酮酸钠(225μg/ml,Sigma。通过用胶原酶A(1mg/ml;Boehringer Mannheim)处理1小时来收获VI期卵母细胞。卵母细胞完全脱绒毛是通过手工切割实现的。卵母细胞保存在19°C的改良OR2培养基中。在卵母细胞赤道区进行洗脱GST融合蛋白的微量注射。通过动物极中心出现白点来确定生殖囊泡破裂(GVBD)。对于ERK2磷酸化分析,卵母细胞在冰镇均质缓冲液(60 mMβ-甘油磷酸、15 mM硝基苯磷酸、15 m M EGTA、15 mM-MgCl)中溶解2,2 mM二硫苏糖醇,1 mM原钒酸钠,1 mM-NaF,亮氨酸蛋白酶[10μg/ml],抑肽酶[10μg/ml],大豆胰蛋白酶抑制剂[10μgml],1 mM/苯甲基磺酰氟,100μM苯甲脒,25 mM MOPS[pH7.2])。在15%改性聚丙烯酰胺凝胶(30%丙烯酰胺和0.2%双丙烯酰胺)上进行电泳。如上所述进行Western blot分析。

结果

在酵母双杂交筛选中通过与Grb14相互作用克隆ZIP。

使用Grb14的C末端结构域筛选大鼠肝脏cDNA文库,包括作为诱饵的PIR和SH2结构域(氨基酸346至538)(图。(图1A)。1安培). 用于构建文库的大鼠已饥饿48小时,并以高碳水化合物饮食喂养,以利于识别与胰岛素刺激代谢相关的基因。从2×106测试的菌落中,八个克隆含有编码与Grb14相互作用的蛋白的质粒,而不是与像lamin这样的非特异性对照。插入这些质粒的cDNA序列分析表明,所有的cDNA编码相同的蛋白质,尽管它们可以分为两组,不同之处在于3′端缺失114 bp。最长的插入片段为1.6 kb,编码ZIP蛋白的最后337个氨基酸(氨基酸104到440)。ZIP之前通过与非典型PKCζ的相互作用而被分离(55,60). ZIP还与p56等几种蛋白质相互作用lck公司(26)、RIP(62),TRAF6(61),TFII联轴节(40)和Kvβ2(18). 采用5′-RACE技术克隆大鼠全长ZIP cDNA。全长440-氨基酸ZIP蛋白称为ZIPα。短形式由缺失114 bp的cDNA编码,携带349到387个氨基酸的缺失,称为ZIPβ。该变体不同于先前报道的亚型ZIP2(氨基酸222到248的缺失)(18). ZIP是一种分子适配器,其特征是几个保守蛋白域的序列(图。(图1B):1B年)一个N端非典型PKC相互作用域(AID),一个富含半胱氨酸的序列,称为ZZ锌指域,两个可能与蛋白质稳定性有关的中央PEST域,以及一个可能参与泛素化介导的蛋白质降解的C端泛素相关域(55,61,70). ZIPβ亚型缺乏第二个PEST结构域。

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Grb14和ZIP蛋白的示意图。(A) 组14。所示为富含脯氨酸的基序(PP);PH域;PIR(28)也称为BPS,位于PH和SH2结构域之间(22); 和SH2域。(B) ZIP和各种ZIP构造。箭头表示在双杂交屏幕中分离的ZIP蛋白的长度。显示AID(47)、ZZ、PEST序列(PEST2在ZIPβ亚型中缺失)和泛素相关(UBA)结构域(70).

ZIP与Grb14和PKCζ形成异多聚体复合物。

酵母中观察到的Grb14-ZIP相互作用首次通过GST下拉试验在体外得到证实。固定化GST-ZIPα和GST-ZIPβ与CHO-IR-Grb14细胞裂解物孵育,并在抗Grb14免疫印迹上分析残留蛋白。如图所示。图2A,2安培,Grb14同样被GST-ZIPα和GST-ZIPβ保留。仅GST不与Grb14绑定。根据观察,PIR和SH2结构域在Grb7家族成员之间是保守的(8,28),我们比较了它们各自与ZIPα的结合能力。将融合到GST的每个Grb7家族蛋白的一系列构建物固定在谷胱甘肽-Sepharose上,并用于从瞬时转染COS细胞的裂解液中去除ZIPα。如图所示。图2B,2B型,Grb10和Grb14绑定到ZIPα,而未检测到与Grb7的交互作用。

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Grb14与ZIP的体外相互作用。(A) 将表达为GST融合蛋白或GST对照的ZIP亚型固定在谷胱甘肽-脑葡萄糖珠上,并与CHO-IR-Grb14细胞的裂解物孵育。结合蛋白用抗Grb14多克隆抗体进行免疫检测。(B) 表达为固定化GST融合蛋白的Grb7家族成员与瞬时转染V5标记的ZIPα的COS细胞裂解物孵育。结合蛋白用抗V5单克隆抗体免疫检测。这些斑点代表了3个不同的实验。

为了验证Grb14和ZIP之间的相互作用也发生在完整的哺乳动物细胞中,CHO-IR细胞瞬时转染myc-Grb14与V5-ZIPα。转染后48小时,用胰岛素或不用胰岛素刺激细胞,用抗Grb14多克隆抗体免疫沉淀细胞裂解物。用抗V5抗体分析抗Grb14免疫沉淀物。如图所示。图3A3A级(上斑点,第4和第5道),V5-ZIPα在基础条件下以及胰岛素刺激后与myc-Grb14共沉淀。使用V5-ZIPβ表达质粒时获得了类似的结果(数据未显示)。

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ZIP与Grb14和PKCζ在体内形成三元络合物。(A) 如1μg pECE myc-Grb14、pcDNA6 V5-ZIPα或pcDNA3 HA-PKCζ所示,瞬时转染CHO-IR细胞。使用pcDNA6空质粒将总DNA量归一化为3μg。转染后48小时,用10−7M胰岛素。用多克隆抗Grb14抗体免疫沉淀细胞提取物。同时使用兔免疫前血清进行对照免疫沉淀(PI)。用SDS-PAGE分离免疫沉淀物,并用单克隆抗HA、抗V5或抗myc抗体进行免疫印迹。用SDS-PAGE分离同一细胞的裂解液,并用相同的抗体进行免疫印迹,以确认蛋白质的同等表达水平。(B) Grb14在体外不与PKCζ相互作用。以GST融合蛋白形式表达的ZIPα和Grb14与人重组PKCζ一起孵育。使用抗PKCζ抗体通过Western blotting检测结合的PKCξ。(C) 用多克隆抗Grb14抗体免疫沉淀瞬时转染myc-Grb14的COS细胞的裂解液。同时使用兔免疫前血清进行对照免疫沉淀。用SDS-PAGE分离免疫沉淀物,并用单克隆抗ZIP抗体、抗myc抗体或多克隆抗PKCζ抗体进行免疫印迹。平行分析相同细胞的裂解液。(D) 用与蛋白A琼脂糖交联的多克隆抗Grb14抗体免疫沉淀大鼠肝脏提取物。同时使用兔免疫前血清进行对照免疫沉淀。使用多克隆抗ZIP和抗PKCζ抗体通过顺序免疫检测分析免疫沉淀物。在该图中,印迹代表了两个或三个独立实验,并且在与实验样品相同的凝胶上分析了裂解物和免疫前对照物。

先前的研究表明,ZIP与PKCζ相互作用,并作为PKCζ)和其他蛋白质(如RIP)之间的链接(62)或Kvβ2(18),在三元配合物中。因此,我们接下来研究了ZIP是否能同时与Grb14和PKCζ相互作用。用myc-Grb14、V5-ZIPα和HA-PKCζ转染CHO-IR细胞,用抗Grb14抗体免疫沉淀细胞提取物。然后用抗V5或抗HA抗体分析免疫沉淀物。图的结果。图3A3A级(通道6和7)表明V5-ZIPα和HA-PKCζ在基础状态以及胰岛素刺激后与myc-Grb14共沉淀。为了进一步证明ZIP是连接PKCζ和Grb14的纽带,仅用myc-Grb14和HA-PKCζ转染CHO-IR细胞。有趣的是,HA-PKCζ与myc-Grb14抗体免疫沉淀。然而,PKCζ免疫沉淀的数量低于共表达V5-ZIPα的情况(中间斑点[将通道8和9与通道6和7进行比较])。由于ZIP在CHO细胞中表达(数据未显示),内源性ZIP可能介导Grb14和PKCζ之间的相互作用。为了验证这一假设,我们测试了PKCζ和Grb14之间的直接体外相互作用。将固定化GST-ZIPα和GST-Grb14与重组PKCζ孵育,并在抗PKCζ免疫印迹上分析保留的蛋白质。如图所示。图3B,3B公司如预期的那样,PKCζ被GST-ZIPα保留,但它不与GST-Grb14或GST单独相互作用。总之,这些结果表明ZIP在Grb14和PKCζ之间形成了一座桥梁。

接下来,我们试图证实这些相互作用也发生在更多生理条件下。由于Grb14没有在各种细胞系中表达,如CHO或COS细胞(数据未显示),我们研究了内源性ZIP和PKCζ能否与外源性表达的Grb14形成复合物。用myc-Grb14瞬时转染COS细胞。在这些条件下,Grb14蛋白的表达水平约为大鼠肝脏的四倍(数据未显示)。用抗Grb14抗体免疫沉淀细胞提取物,用单克隆抗ZIP或多克隆抗PKCζ抗体分析免疫沉淀。如图所示。图3C,3C公司内源性ZIP和PKCζ与myc-Grb14共沉淀,而未检测到与非特异性兔免疫球蛋白G的相互作用。

Grb14在胰岛素敏感组织中特异表达(28). 然后,我们使用大鼠肝脏提取物进一步证明了在胰岛素的生理靶标中,异源三聚体复合物在体内的形成。与转染细胞系获得的数据一致,我们能够在使用抗Grb14抗体的共免疫沉淀实验中检测到内源性Grb14、ZIP和PKCζ之间的三元复合物(图。(图3D)。三维). 这一结果表明,异三聚体复合物的构成可能与生理相关。

Grb14-ZIP关联所涉及区域的映射。

为了确定与Grb14交互所需的ZIP区域,一系列与GST融合的ZIP结构(图。(图1B)1B年)用于从CHO-IR-Grb14细胞的裂解液中提取Grb14。如图所示。图4A,4A级,删除包含AID和ZZ域的ZIP的N末端,抑制Grb14相互作用(通道1、2和6)。ZIP的互补结构氨基酸1至163保留Grb14,但低于野生型(WT)ZIP(比较通道2和3)。这表明ZZ结构域的C末端存在以下结构域是蛋白质正确折叠所必需的,因此也是完全结合活性所必需的。ΔAID构建物包含蛋白质的ZZ结构域和C末端,结合Grb14,但亲和力低于WT-ZIP(比较通道2和5)。这种结合减少可以用AID结构域ZIP氨基酸1至103在Grb14结合中的作用来解释。然而,这是不可能的,因为(i)AID-ZZ和ZZ域(车道3和车道4)保留了类似数量的Grb14;(ii)在双杂交筛选中分离的克隆不包含AID结构域(图。(图1B),1B年)表明ZIP-Grb14在酵母中的相互作用是可有可无的;和(iii)在哺乳动物细胞中进行的抗Grb14免疫沉淀实验中保留了类似数量的WT-ZIP和ZIPΔAID(数据未显示)。因此,更可能的是,在ZIPΔAID结构的N末端存在GST改变了蛋白质折叠并部分掩盖了ZZ相互作用域。虽然我们不能从这些实验中排除ZIP的其他结构域参与与Grb14相互作用的可能性,但这些结果支持ZZ结构域(氨基酸104到163)在Grb14结合中的作用。

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Grb14-ZIP交互中涉及的域映射。(A) 将表达为GST融合蛋白的ZIPα和各种ZIP构建物与CHO-IR-Grb14细胞的裂解物孵育。结合蛋白用抗Grb14抗体进行免疫检测。(B) 将表达为GST融合蛋白的各种Grb14构建物与瞬时转染V5-ZIPα的COS细胞裂解物孵育。使用抗V5抗体对结合蛋白进行免疫检测。转移后蛋白质的Ponceau红染色证实装载了等量的GST融合物。这些斑点代表了三个不同的实验。

通过同样的方法,使用一系列与GST融合的Grb14缺失结构,我们研究了Grb14的不同域在其与ZIP结合中的作用。图4B4B类清楚地表明,仅PIR域检测到最强的结合。相比之下,SH2域无法绑定到ZIPα。PIR-SH2域和全长Grb14绑定到ZIP的程度低于PIR单独绑定的程度。这种降低的结合可能表明,其他域的存在会修改PIR的构象,并降低其与ZIP的结合亲和力。总之,这些结果表明Grb14-ZIP结合是由PIR-ZZ相互作用介导的。

PKCζ在体外和完整细胞中磷酸化Grb14。

先前的研究报告称,ZIP允许PKCζ与信号复合物中的特定效应器相关并磷酸化它们(18). 因此,为了确定PKCζ是否能够磷酸化Grb14,我们使用人重组PKCξ和GST-Grb14融合蛋白进行了体外磷酸化检测。随着GST-Grb14数量的增加,培养PKCζ导致GST-Grb 14的磷酸化增加,而对照组GST没有磷酸化(图。(图5,5,车道3、4和7)。在反应中添加GST-ZIPα或GST-ZIPβ并没有改变Grb14磷酸化水平(数据未显示),这表明在体外条件下,ZIP对于PKCζ的Grb14磷酸化酶来说是不必要的。为了确定Grb14的特定结构域是否优先被PKCζ磷酸化,使用不同的GST-Grb14构建物进行了类似的实验。Grb14的C末端结构域,包括PIR和SH2结构域(氨基酸346到538),比N末端结构域(氨基1到346)磷酸化程度更高(图。(图5,5,车道5和6)。有趣的是,与SH2结构域相比,PIR是更好的PKCζ基底(图。(图5,5,8至10车道)。

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PKCζ在体外磷酸化Grb14。使用材料和方法中描述的人重组PKCζ在体外进行磷酸化试验。如图所示,GST融合蛋白用作底物。磷酸化蛋白进行SDS-PAGE并通过放射自显影进行分析。星号表示自磷酸化PKCζ。这些斑点代表了四种不同的实验。

为了评估完整细胞中Grb14的磷酸化状态,我们进行了体内代谢标记实验。首先,用myc-Grb14瞬时转染CHO-IR细胞,标记有[32P] 正磷酸盐,用胰岛素刺激或不刺激10分钟。与之前的结果一致(8,58),Grb14在基础条件下磷酸化。用胰岛素处理细胞后,Grb14磷酸化水平增加了60%(图。(图6)。6). 添加细胞渗透性肉豆蔻酰化PKCζ假底物(Myr-SIYRRGARRKL(65),降低了胰岛素刺激的Grb14磷酸化,将磷酸化恢复到没有胰岛素时观察到的水平。CHO-IR细胞与HA-PKCζ共转染导致胰岛素刺激的Grb14磷酸化增加60%。相反,在没有胰岛素刺激的情况下,PKCζ的过度表达并没有增加Grb14磷酸化(数据未显示)。总之,这些结果支持PKCζ可能解释体内胰岛素诱导的Grb14磷酸化的假设。

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完整细胞中的Grb14磷酸化。瞬时转染myc-Grb14并标记有[32P] 如图所示,正磷酸盐被胰岛素刺激(+)或不刺激(-)。细胞用HA-PKCζ或空载体共转染(右部分),或在胰岛素刺激前用20μM肉豆蔻酰化PKCζ(Myr SIYRRGARRRRKL)假底物处理30分钟(左部分)。用抗Grb14抗体免疫沉淀细胞裂解物,用SDS-PAGE分离,转移到硝化纤维素膜上,并用荧光成像仪(上印迹)定量。然后进行抗myc免疫印迹以确认等量的Grb14被免疫沉淀(下印迹)。在没有胰岛素(左侧)或没有HA-PKCζ(右侧)的情况下,结果以各自对照的百分比表示,并表示三个(右侧)或四个(左侧)独立实验的平均值(误差条)的平均值+标准误差。

PKCζ对Grb14的磷酸化增加了其对体外IR酪氨酸激酶活性的抑制作用。

Grb14的PIR介导与IR的结合以及蛋白质对受体催化活性的抑制作用(2,28). 由于PIR是PKCζ磷酸化的Grb14的主要结构域,我们假设这种磷酸化可以改变Grb14对IR催化活性的抑制作用。然后,在增加GST-PIR-SH2含量的情况下,在体外研究IR酪氨酸激酶的活性,该GST-PIR SH2之前被PKCζ磷酸化或未被PKCξ磷酸化。如图所示。图7,7磷酸化GST-PIR-SH2抑制IR激酶的剂量-反应曲线相对于非磷酸化蛋白的抑制曲线向左偏移,反映了IR对其抑制作用的敏感性增加。40 ng磷酸化GST-PIR-SH2对IR酪氨酸激酶活性的抑制率为50%,而非磷酸化形式为160 ng。在进行IR激酶分析时,将PKCζ与磷酸化的GST-PIR-SH2一起添加。由于IR的丝氨酸-三烯磷酸化被描述为抑制IR酪氨酸激酶活性(4,68,69)在相同条件下,我们测试了PKCζ对红外催化活性的修饰能力。然而,当单独添加时,相同数量的PKCζ并没有改变IR酪氨酸激酶的活性。剂量-反应曲线的位移可归因于PIR-SH2结构域的磷酸化。因此,这些结果清楚地表明,PKCζ对Grb14的磷酸化增加了其对IR催化活性的抑制作用。

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Grb14的PIR-SH2磷酸化增加了其对IR催化活性的抑制作用。使用合成底物(poly-Glu-Tyr 4:1),在之前由PKCζ磷酸化或未磷酸化的GST-PIR-SH2的量增加的情况下,或在单独存在PKCξ的情况下测量WGA-纯化IR的酪氨酸激酶活性。结果表示为在没有GST融合蛋白的情况下测得的最大胰岛素效应的百分比,是三到五个不同实验平均值的平均值+标准误差。

ZIP增强Grb14对胰岛素诱导的小鼠减数分裂再启动的抑制作用X·莱维斯卵母细胞。

非洲爪蟾卵母细胞,在G处生理性滞留2第一次减数分裂前期是一个合适的系统,用于研究由孕酮或胰岛素等多种细胞外诱导物启动的信号分子的功能作用(15,37,42). 这些激素与其受体的结合刺激卵母细胞进入M期,导致GVBD,这一事件可以很容易地进行监测,并用作减数分裂再启动的指标。在用胰岛素(10−6M) ●●●●。如图所示。图8A,8安,微量注射100 ng GST-Grb14完全阻断胰岛素诱导的成熟。注射相同量的GST对胰岛素诱导的GVBD没有影响。此外,Grb14的这种抑制作用对胰岛素转导途径具有特异性,因为在用孕酮刺激卵母细胞时未观察到这种抑制作用(数据未显示)。有趣的是,PIR-SH2和PIR-GST融合足以抑制减数分裂的再启动,而GST-SH2融合则没有效果。微量注射100 ng GST-ZIPα(或GST-ZIPβ[数据未显示])不会改变胰岛素诱导的卵母细胞减数分裂再启动。

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Grb14抑制胰岛素诱导的X·莱维斯卵母细胞成熟。在胰岛素刺激前1 h向卵母细胞微量注射100 ng所示GST融合蛋白,20 h后分析GVBD的出现。(A) 注射不同GST融合物对胰岛素诱导卵母细胞成熟的影响。结果以GVBD的百分比表示。数据表示两到三只动物的平均值(误差条)的平均值+标准误差,每只动物涉及20个卵母细胞。(B) 使用抗ERK2抗体对卵母细胞裂解物进行Western blot分析。印迹是三个不同实验的代表。

大量研究表明p21的重要性拉斯-胰岛素诱导的GVBD中丝裂原活化蛋白(MAP)激酶级联反应(19,54)MAP激酶激活似乎是诱导卵母细胞成熟的必要条件(19). 因此,为了进一步研究Grb14在X·莱维斯我们研究了其对MAP激酶激活的影响。通过使用抗ERK2抗体的免疫印迹分析检测胰岛素诱导的ERK2磷酸化(图。(图8B)。8亿). 在胰岛素刺激的卵母细胞中观察到42-kDa蛋白向更高电泳迁移率的转变,这表明存在ERK2磷酸化形式,但在先前微量注射GST-Grb14的卵母细胞核中没有发生这种转变。正如预期的那样,GST-ZIPα和GST没有改变ERK磷酸化。这些数据支持Grb14在胰岛素刺激期间抑制IR催化活性和MAP激酶的后续激活的观点(2).

对Grb14减少量的影响的研究表明,至少需要50 ng GST-Grb14来抑制胰岛素诱导的GVBD(图。(图9)。9). 同时注射100 ng GST-ZIPα和少量GST-Grb14(不能抑制胰岛素的作用),恢复了对胰岛素诱导的GVBD的抑制(图。(图9)。9). 使用ZIPβ时获得了类似的结果(数据未显示)。因此,这些结果表明ZIP增强了Grb14对卵母细胞成熟的抑制作用。

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ZIP增强Grb14对胰岛素诱导的卵母细胞成熟的抑制作用。如图所示,向卵母细胞微量注射减少量的GST-Grb14,同时注射(填充条)或不注射(灰色条)100 ng GST-ZIPα。如图所示,监测卵母细胞对胰岛素的反应成熟度。图8。8数据是三只动物平均值(误差条)的平均值+标准误差,每只动物涉及20个卵母细胞。

ZIP必须与PKCζ相互作用,以增强Grb14的作用。

为了进一步探讨ZIP调节Grb14作用的机制,我们使用表达为GST融合蛋白的ZIP缺失结构体:ZIPΔAID+ZZ,其中Grb14和PKCζ相互作用域均被删除,ZIP△AID不能与PKCζ)结合,但保留了其Grb14结合能力。如前所示,ZIPα与10 ng GST-Grb14共注射抑制胰岛素诱导的GVBD。相反,ZIPΔAID+ZZ的共同注射不允许阻断胰岛素诱导的减数分裂的重新启动(图。(图10)。10). 有趣的是,ZIPΔAID也无法增强Grb14的抑制作用。这些数据表明,ZIP-Grb14相互作用不足以介导ZIP的功能性作用,ZIP必须与Grb14和PKCζ结合以增强Grb14对卵母细胞的抑制作用非洲爪蟾成熟。当使用Grb14的PIR代替全长蛋白时,也获得了类似的结果(图。(图10),10),而SH2域没有影响(数据未显示)。10毫微克的GST-PIR不足以阻止胰岛素诱导的卵母细胞减数分裂的再启动。共注射ZIP可增强PIR的抑制作用,而ZIPΔAID+ZZ和ZIPΔAID无效。这些结果加强了PIR在Grb14功能中的中心作用。

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Grb14-ZIP PKCζ相互作用在Grb14作用的ZIP调节中的重要性。如图所示,卵母细胞与GST-Grb14或GST-PIR共注入100 ng的各种GST-ZIP结构。如图所示,监测卵母细胞对胰岛素的反应成熟度。图8。8数据是三只动物平均值(误差条)的平均值+标准误差,每只动物涉及20个卵母细胞。

我们已经证明Grb14的磷酸化增加了其对体外IR酪氨酸激酶活性的抑制作用(图。(图7)。7). 我们推断,如果ZIP的作用是允许Grb14被PKCζ磷酸化,那么先前GST-PIR融合的磷酸化将增加其对胰岛素在细胞内作用的抑制作用非洲爪蟾卵母细胞模型。因此,我们测试了减少GST-PIR数量(预磷酸化或未磷酸化)对胰岛素诱导的卵母细胞成熟的影响。如图所示。图11,11注射12.5 ng的GST-PIR并不抑制胰岛素的作用。然而,如果用重组PKCζ预磷酸化蛋白质,注射12.5 ng和7.5 ng完全抑制胰岛素的作用。作为对照,在没有GST-PIR的情况下微量注射相同数量的活化PKCζ不会改变胰岛素诱导的卵母细胞成熟。这些结果在体内证实,当蛋白质磷酸化时,Grb14的抑制作用增强。

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PIR磷酸化增加其对胰岛素诱导的卵母细胞成熟的抑制作用。卵母细胞被微量注射指定量的GST-PIR,如材料和方法中所述,该GST-PIR是(黑色条)或之前未被重组PKCζ磷酸化(灰色条),或仅微量注射PKCζ子(白色条)。如图所示,监测卵母细胞对胰岛素的反应成熟度。图8。8数据是三只动物平均值(误差条)的平均值+标准误差,每只动物涉及20个卵母细胞。

总之,这些数据与ZIP作为适配器的概念是一致的,它将PKCζ与Grb14连接成一个新的信号通路。

讨论

非典型蛋白激酶C亚型(aPKC)包括PKCζ和PKCλ,与多种细胞内途径有关。它们调节关键的细胞功能,如细胞增殖和凋亡(,12,30,49),也是胰岛素生理作用的重要介质,如胰岛素反应性葡萄糖转运蛋白GLUT4的易位和脂肪细胞和骨骼肌中葡萄糖转运的增强(1,6,16,65). 累积的研究支持存在衔接蛋白,协调PKC和底物之间的物理结合,从而充当特定反应的催化剂(47,63). 这些蛋白质是决定信号事件选择性的关键成分。其中一些效应器可以调节PKC催化活性,如lambda相互作用蛋白和Par-6(分配缺陷6),作为活化剂(10,56)或Par-4(前列腺雄激素反应-4),作为抑制剂(9). 非典型PKC同型特异性相互作用蛋白(ASIP)结合aPKC催化结构域(24). 有趣的是,3T3-L1脂肪细胞中ASIP的过度表达抑制胰岛素诱导的葡萄糖摄取(31). 然而,ASIP抑制GLUT4易位中PKCλ效应的机制尚不清楚。另一种aPKC相互作用蛋白,ZIP,选择性和组成性地结合到其调节域的V1部分,并且不调节其催化活性(55,60). ZIP包含许多保守的基序,表明其作为支架蛋白的作用,将aPKCs与各种信号通路中涉及的其他蛋白连接起来。研究表明,ZIP能够招募RIP和TRAF6蛋白,将PKCζ分别连接到TNF-α和IL-1受体(61,62). 这些相互作用似乎具有功能相关性,因为它们刺激NF-κB活性。此外,最近有报道称,通过与NGF受体TrkA的关联,ZIP-TRAF6复合物与NGF诱导的NF-κB活化有关(72). ZIP也是PKCζ和神经元钾通道Kvβ2之间的联系(18).

在本研究中,我们将ZIP确定为Grb14的新下游合作伙伴。虽然我们分离出两种亚型,ZIPα和ZIPβ,但我们没有发现它们之间的功能差异。它们与Grb14的结合类似,并且两者都增强了Grb14对胰岛素诱导的胰岛素的抑制作用非洲爪蟾卵母细胞成熟。映射研究结果表明,ZIP的ZZ锌指结构域包含一个新的非典型锌指基序(55)与Grb14交互时需要。该结构域最近也被证明与死亡结构域激酶RIP相互作用(62). 总之,这些结果表明ZIP的ZZ锌指结构域是一个新的蛋白质相互作用区域。ZIP的PKCζ结合域被称为AID,位于ZZ锌指结构域的N端,表明ZIP可以通过两个不同但近端的模块同时结合Grb14和PKCξ。通过对转染CHO-IR和COS细胞的共免疫沉淀实验,我们证实了这些相互作用不是拮抗性的,导致了包括Grb14、ZIP和PKCζ的三元复合物。重要的是,Grb14、ZIP和PKCζ在大鼠肝脏中也形成了异源三聚体,表明内源性蛋白质在生理条件下相互作用。与之前报道的ZIP多元复合物配体诱导的研究相比(61,62,72),我们无法检测到胰岛素对异三聚体形成的任何影响(图。(图3A3A级和数据未显示)。然而,胰岛素对Grb14-ZIP-PKCζ复合物的功能调节可能涉及其他修饰,如磷酸化或对激素的构象变化。在这方面,我们报道了Grb14在完整细胞的标记实验中经历了胰岛素刺激的磷酸化。因为我们之前报道过,在胰岛素刺激下,CHO-IR-Grb14细胞的酪氨酸残基上没有磷酸化Grb14(28),Grb14可能在丝氨酸/苏氨酸残基上磷酸化。这与先前报道Grb14在体内主要通过丝氨酸残基磷酸化的研究一致(8,58). 在这些研究中,PDGF刺激(8)或成纤维细胞生长因子2(58)Grb14磷酸化增加到与胰岛素刺激后相似的程度。Grb7蛋白家族的其他成员在丝氨酸/苏氨酸残基上也被磷酸化(20). 更具体地说,胰岛素增加了Grb10丝氨酸磷酸化,可以强调的是,胰岛素对Grb10和Grb14磷酸化的影响幅度相似(13). 参与Grb7蛋白磷酸化的丝氨酸/苏氨酸激酶尚不清楚(20),但它们似乎不是环AMP或钙刺激激酶(53)或经典或新型PKC同工酶(13,53). 胰岛素诱导的Grb10磷酸化被沃特曼阻断,表明胰岛素刺激以磷脂酰肌醇3-激酶依赖方式作用的激酶(13). 由于已知胰岛素可刺激PKCζ催化活性(5,64,65)由于ZIP将PKCζ和Grb14锚定在异源三聚体复合体中,我们假设Grb14可能是激酶的底物。因此,我们测试了PKCζ是否与胰岛素刺激的Grb14磷酸化有关。在完整的细胞中,胰岛素刺激的Grb14磷酸化被PKCζ假底物降低,该假底物抑制PKCζ酶活性。此外,PKCζ的过度表达增加了胰岛素诱导的Grb14磷酸化。总之,这些数据表明丝氨酸/苏氨酸激酶PKCζ是体内胰岛素诱导Grb14磷酸化的潜在候选物。然而,不能排除其他激酶的作用,需要进一步的实验来澄清这一点。更具体地说,负责这些蛋白质的高基础磷酸化状态的激酶的身份仍然不清楚。

在功能相关性方面,我们提供了Grb14磷酸化增加其对IR酪氨酸激酶活性的抑制作用的证据。有趣的是,在Grb14的各个结构域中,PIR既负责与活化的IR酪氨酸激酶环的特异性相互作用,又负责抑制IR催化活性(2,28),体外优先被PKCζ磷酸化。虽然该结构域不包含PKC的传统磷酸化基序,但它展示了4个丝氨酸残基,在+1之后是一个疏水氨基酸,该氨基酸已被证明存在于所有真正的PKC磷酸化位点中(51). 此外,PKCζ已被描述为在非感觉基序中磷酸化IKKβ(32). Grb14磷酸化位点的鉴定以及Grb14磷酸化酶增强其抑制作用的机制值得进一步研究。然而,一个简单的假设可能是,这种活性增加反映了磷酸化PIR对IR激酶环的结合亲和力增加。

非洲爪蟾卵母细胞内源性表达胰岛素样分子,为研究体内胰岛素作用提供了广泛使用的实验模型(15,25,59,66). 我们在这里显示Grb14注入非洲爪蟾卵母细胞特异性阻断胰岛素诱导的减数分裂再启动。这些数据与Grb14抑制远端胰岛素效应相关,如DNA或糖原合成(28). 相比之下,单独注射ZIP并没有改变卵母细胞的成熟。因为PKCζ是卵母细胞有丝分裂信号的关键步骤(,11)这一结果似乎证实了ZIP不调节体内PKCζ活性。另一方面,ZIP能够增强Grb14的抑制作用。这种作用需要PKCζ的补充,可以通过之前的Grb14磷酸化来模拟。这些观察结果提供了体内证据,证明ZIP作为连接PKCζ和Grb14的功能性支架蛋白,允许其磷酸化。有趣的是,单独表达的PIR足以介导Grb14对胰岛素诱导的减数分裂再启动的抑制作用以及ZIP对这种抑制作用的增强。这清楚地表明,PIR与ZIP的相互作用不会拮抗体内PKCζ对其磷酸化的调节。这些数据还与ZIP与Grb14结合并没有改变胰岛素诱导的Grb14-IR相互作用的观察结果相关(数据未显示)。因此,Grb14的PIR似乎是该蛋白在胰岛素信号调节中的功能核心。考虑到我们的体外和体内研究结果,出现了一个模型,其中ZIP在PKCζ-ZIP-Grb14复合物的组装中起到物理链接的作用,将PKCξ活性靶向Grb14(图。(图12)。12). 这种复合物的构成具有重要的功能后果,因为它增强了Grb14对胰岛素信号的抑制作用。

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ZIP作为连接PKCζ和Grb14的适配器的作用的建议模型。ZIP通过其AID结构域与PKCζ的V1结构域相互作用,通过其ZZ锌指结构域与Grb14的PIR相互作用,从而形成异三聚体复合物。在胰岛素刺激下,PIR与激活的IR调节酪氨酸激酶环结合。PKCζ的PIR磷酸化导致Grb14对IR催化活性和胰岛素作用的抑制作用增强。

PKCζ被认为是胰岛素信号转导途径的积极效应器,与胰岛素诱导的葡萄糖转运、GLUT4易位和蛋白质合成有关(1,16,43,64,65). 然而,最近的研究报道PKCζ也可以通过抑制Akt在胰岛素信号转导中发挥抑制作用(14,39)或通过IRS-1的丝氨酸磷酸化(35,57). PKCζ对IRS-1的丝氨酸磷酸化参与了胰岛素诱导的负反馈控制机制,该机制促进IR-IRS-1复合物的解离并导致胰岛素信号的终止(35,57). 有趣的是,目前的研究表明,通过增强Grb14的抑制活性,PKCζ可以使用另一种方式下调胰岛素信号。

致谢

我们分别感谢J.Camonis和R.Farese对pFBL23质粒和pcDNA3-PKCζ质粒的馈赠。我们还感谢V.Le Marcis为GST融合产物的制作,以及E.Clauser、T.Issad和B.Desbuquois对手稿的批判性阅读。

这项工作得到了施维雅和癌症研究协会的支持(向A.-F.Burnol拨款5237)。不列颠哥伦比亚省由施维雅奖学金资助,而V.B.是Recherche部长奖学金的接受者。

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文章来自分子和细胞生物学由以下人员提供泰勒和弗朗西斯