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.2012年3月19日；196(6):671-9.
doi:10.1083/jcb.201109041。

后生动物细胞外基质的进化

理查德·奥海恩斯 1
附属公司
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后生动物细胞外基质的进化

理查德·奥海恩斯. J细胞生物学. .

摘要

细胞外基质（ECM）蛋白及其基因的模块化结构域允许在进化过程中进行广泛的外显子/结构域洗牌，以生成数百个ECM蛋白。其中许多在后生动物进化早期出现，自那时以来一直高度保守。其他蛋白质在进化过程中经历了复制和分化，新的结构域组合进化产生了新的ECM蛋白质，特别是在脊椎动物谱系中。最近对几个基因组进行的测序揭示了ECM蛋白的保存和进化的许多细节，以服务后生动物的多种功能。

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图1。
图1。
真核系统发育和ECM蛋白的出现。该图绘制了真核生物的主要分类分区（方框1），并基于已发表的系统发育分析（例如，Philippe等人，2005年、2009年；Shalchian-Tabrizi等人，2008年；Pick等人，2010年）以及全基因组序列分析（见正文）。有完整基因组序列的分类群用星号标记。该图表示关系的拓扑，分支长度并不是为了反映准确的进化距离。apusomonads与placosoa的关系尚不明确；它们在图表中的位置部分受到ECM相关基因分析的证据的影响（见正文）。带有ECM蛋白补体的分类群位于淡蓝色六边形内，这是所有双壁动物的典型特征。以绿色或蓝色文本突出显示的类群具有一些双食道ECM蛋白或其受体的同源物（见正文），但缺乏一整套。这些生物体中已知ECM蛋白组的复杂性从左到右增加。相反，灰色梯形内的分类群没有证据表明后生动物ECM蛋白有任何可信的例子。相关基因/蛋白质或结构域的首次已知外观用红色标记。请注意，出现在给定特征起源右侧（即之后）的分类单元可能已丢失；例如，迄今为止测序的棘鞭毛虫中缺乏整合素果蝇属（在这两种情况下，可能是由于基因丢失）。
图2。
图2。
基底膜工具箱。该图显示了后生动物基底膜核心蛋白的结构域，主要基于使用SMART和Pfam结构域定义的结构域预测。所有的双食道分支都在基因组中编码这组九种蛋白质。通常有两个不同的层粘连蛋白α亚基，层粘连素β和γ亚基各一个。每个子单元都有一个特征域组织。层粘连蛋白原聚体是一种αβγ三聚体（如左上角所示），通过每个亚基（红色）和二硫键（未示出）中的卷曲-线圈结构域结合。IV型胶原是两个同源亚基α1和α2的三聚体，通常在基因组中以头对头的排列相邻，两个基因之间有一个启动子。C4结构域的特征对位于所有IV型胶原蛋白的C末端，胶原蛋白段（fuschia）被中断，从而具有灵活性。IV型胶原原聚体通过其N和C末端以及二硫键结合形成“鸡丝”网络，为基底膜提供结构强度。层粘连蛋白与胶原网络和巢蛋白结合。Perlecan是一种复杂的硫酸乙酰肝素蛋白多糖，也被结合到基底膜中。另外两种胶原蛋白，XV和XVIII型，也与脊椎动物基底膜有关，并且在所有的双侧壁分支中都存在一种同源物。这个“工具箱”在5亿多年的高度保存证明了基底膜的重要性。
图3。
图3。
ECM蛋白示例。（A） 所有双食道分支共有的蛋白质：聚合蛋白、狭缝和血小板反应蛋白。图中显示了脊椎动物蛋白质的结构域图。Agrin参与突触组织和轴突引导中的狭缝家族成员，尽管两者也参与其他过程。至少根据目前的基因预测，在所有的双食道分支中都发现了具有类似结构域排列的蛋白质，尽管偶尔会丢失结构域。血栓反应蛋白的特征是C末端结构域集（括号内），它可以与多种其他N末端结构域相关联（Bentley和Adams，2010；Adams和Lawler，2011）。所示的特定域集（包括TSPN、VWC和TSP1重复）是所谓的A型血小板反应蛋白。A型血小板反应蛋白仅见于后肠造口，但所有双侧食道都编码B型血小板反应素，缺乏TSPN、VWC和TSP1结构域，但通常有EGF重复，有时还有其他结构域。（B） 仅在脊索动物谱系中发现的蛋白质：tenascin、fibronectin和VWF。这些蛋白质在后口类谱系中进化（见正文），并例证了不同种类的结构域洗牌。Tenascins由远古结构域（EGF、FN3和FBG）构建而成，这些结构域存在于后生动物（甚至低等生物）的许多蛋白质中。然而，tenascins中的一组特殊结构域首先出现在文昌鱼（文昌鱼）中，该家族在脊椎动物中扩展。纤维连接蛋白是由古老结构域（FN3）、新近结构域（F N2）和脊索特异结构域（F1）混合而成。唯一真正的纤维连接蛋白是脊椎动物特有的，并且在该亚门内高度保守且必不可少。VWF基于一种古老的基因结构（粘蛋白），通过插入三个VWA域（括号内）而改变，其中包含VWF在脊椎动物止血中的许多关键功能。所有这三种脊椎动物ECM蛋白都包含RGD基序（星号），它们是整合素结合的位点。
图4。
图4。
Deuterostome系统发育和ECM蛋白的精细化。该图显示了根据图1中概述的相同原理进行的中肠口进化。编码在所有双壳类植物基因组中的核心ECM蛋白组被用黑色框起来。这些蛋白质中的许多也存在于cnidaria中（见正文）。指出了后口类谱系的主要分类群及其目前所知的关系，并指出了具有代表性的动物。首次报道的特殊蛋白质的外观用红色标记。
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工具书类

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