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基因发育。1999年6月1日;13(11): 1438–1452.
数字对象标识:10.1101/gad.13.11.1438
预防性维修识别码:项目经理316759
PMID:10364160

PDK1同源物对于转导AGE-1 PI3激酶信号是必要的,并且足以调节秀丽隐杆线虫

摘要

胰岛素受体样信号通路调节秀丽隐杆线虫新陈代谢、发育和寿命。胰岛素受体同源物DAF-2、AGE-1 PI3K或AKT-1和AKT-2激酶失活会导致dauer期发育停滞。中的空突变daf-16型叉头转录因子通过这一途径减轻信号传递的需要。我们在这里表明pdk-1型,的秀丽线虫哺乳动物Akt/PKB激酶PDK1的同源物,导致dauer期的构成性阻滞,延长寿命;这些表型受到功能缺失突变的抑制daf-16型。激活突变pdk-1型或野生型过度表达pdk-1型解除了AGE-1 PI3K信令的要求。因此,pdk-1型活性对于在DAF-2胰岛素受体样信号通路中传播AGE-1 PI3K信号是必要的,也是足够的。激活突变pdk-1型要求akt-1型akt-2型抑制达斡尔族癫痫发作表型的基因活性年龄1这表明秀丽线虫PDK1将信号从AGE-1传输到AKT-1和AKT-2。激活pdk-1型突变位于激酶结构域的保守区域;人类PDK1中的等效氨基酸替换激活其对哺乳动物Akt/PKB的激酶活性。

关键词:胰岛素信号、dauer、PDK1激活、PDK-1、寿命

哺乳动物中的胰岛素信号传导导致多种细胞反应,包括肝脏和肌肉中的葡萄糖摄取和糖原合成、脂肪细胞中的脂肪储存以及蛋白质合成和基因表达的变化(卡恩1994). 胰岛素受体的激活导致其他信号分子的激活,如磷脂酰肌醇-3-OH激酶(PI3K)和Ras及其下游效应器,如Akt/PKB和MAP激酶级联(Avruch 1998年). 激酶级联依次调节葡萄糖转运蛋白定位、代谢酶以及这些基因和其他基因的转录和翻译(Avruch 1998年). 秀丽隐杆线虫,来自DAF-2胰岛素/IGF-1受体同源物的信号转导级联(Kimura等人,1997年)DAF-16叉头转录因子(Lin等人,1997年;Ogg等人,1997年)调节新陈代谢、发育和寿命。该途径的遗传分析通过生化分析确定了哺乳动物胰岛素信号传导相关基因的同源物(Morris等人,1996年;Avruch 1998年;Paradis和Ruvkun 1998; 本报告),证明了这条途径在秀丽线虫以及哺乳动物。此外秀丽线虫遗传学已经鉴定出新的信号传导成分,如DAF-16叉头转录因子(Lin等人,1997年;Ogg等人,1997年)和DAF-18 PTEN同源物(Ogg和Ruvkun 1998)以前不知道与胰岛素偶联。对于新基因和先前参与胰岛素信号传导的基因秀丽线虫使胰岛素样信号通路的特定成分被破坏,从而可以监测整个动物的代谢和发育后果。

这个秀丽线虫胰岛素/IGF-1受体通路是生殖生长和代谢以及正常寿命所必需的。通过DAF-2胰岛素受体样信号通路的信号减少导致动物在可逆滞育期即达斡尔幼虫期停止活动(Kimura等人,1997年). 达斡尔幼虫不进食或繁殖,其新陈代谢转向能量储存(O'Riordan和Burnell 1989年,1990;Riddle和Albert 1997). 已确定的DAF-2胰岛素/IGF-1受体下游的分子秀丽线虫包括AGE-1 PI3K(Morris等人,1996年)、Akt/PKB同源物Akt-1和Akt-2(Paradis和Ruvkun 1998),DAF-18 PTEN磷酸酶(Ogg和Ruvkun 1998)和DAF-16叉头/翼螺旋转录因子家族成员(Lin等人,1997年;Ogg等人,1997年). 减少daf-2型或正调控的基因daf-2型例如年龄1,或akt-1型akt-2型,原因秀丽线虫在达斡尔族阶段构成逮捕(Morris等人,1996年;Kimura等人,1997年;Paradis和Ruvkun 1998). 拮抗基因功能突变的减少daf-2型和/或年龄1信令,例如daf-18日PTEN脂质磷酸酶和daf-16型转录因子,抑制daf-2型和/或年龄1突变体(Lin等人,1997年;Ogg等人,1997年;Ogg和Ruvkun 1998). 尽管胰岛素受体样信号的严重减少会导致dauer期的阻滞,daf-2型年龄1达斡尔族逮捕决定点之前一直具有这些基因活性的突变体显示寿命延长取决于daf-16型(Kenyon等人,1993年;Larsen等人,1995年;Morris等人,1996年).

在哺乳动物胰岛素信号传导中,胰岛素受体的激活导致PI3K和其他信号分子的激活(Avruch 1998年). 活化的PI3K产生3-磷酸肌醇,如磷脂酰肌醇-3,4-二磷酸(PtdIns-3,4-P2)和磷脂酰肌糖-3,4,5-三磷酸(PddIns-3,4_5-P3),它们被认为是信号转导级联中的第二信使,因为它们的水平随着生长因子信号的传递而迅速升高(Toker和Cantley 1997). PtdIns-3,4-P2和/或PtdIns-3,4,5-P3结合到Akt/PKB的序列同源结构域,并被激活(Franke等人,1997年;Frech等人,1997年;Klippel等人,1997年). 磷酸肌醇结合被认为导致Akt/PKB发生构象变化,使相关激酶可以访问两个磷酸化位点(Alessi等人,1997年b;Stokoe等人,1997年). Akt/PKB的激活与多种细胞对生长因子信号的反应有关,如保护细胞免受凋亡、葡萄糖转运蛋白移位和糖原合成(Cross等人,1995年;Kohn等人,1996年;Dudek等人,1997年;Kauffmann-Zeh等人,1997年;Kulik等人,1997年).

磷酸化Akt/PKB并激活其所需的激酶之一是3-磷酸肌醇依赖性激酶-1(PDK1)(Alessi等人,1996年;Alessi等人,1997年a,b条). PDK1以磷脂依赖性方式磷酸化Akt/PKB上的Thr-308位点(Allesi等人,1997年b). 尽管PDK1在体外与PtdIns-3,4-P2和PtdIns-3,4,5-P3结合(Stephens等人,1998年)目前尚不清楚PDK1对Akt/PKB磷酸化的磷脂酰肌醇依赖性是否仅与底物、PDK1或两者共存。因为去除Akt/PKB的pleckstrin同源结构域可以减轻PDK1磷酸化对磷脂酰肌醇的依赖性,并且激活PI3K和Akt/PKB的生长因子不会增加PDK1的活性(Alessi等人,1997年a)PDK1活性可能不依赖于PtdIns-3,4-P2或PtdIns-3,4,5-P3。然而,有人认为与PDK1结合的磷脂酰肌醇将激酶定位在质膜上,从而与Akt/PKB共同定位(Andjelkovic等人,1997年)以及增加Akt/PKB的激活(Anderson等人,1998年). 虽然有报道称PDK2是整合素连接激酶(ILK),但负责Akt/PKB的Ser-473磷酸化的激酶(即所谓的PDK2)的身份尚不明确(Delcommine等人,1998年).秀丽线虫AKT-1具有Thr-308和Ser-473等效磷酸化位点,而AKT-2仅具有Thr-302等效位点,这增加了这些蛋白质受到差异调节的可能性(Paradis和Ruvkun 1998). PDK1还被证明以非依赖磷脂酰肌醇的方式磷酸化p70 S6激酶,从而在翻译控制中涉及PDK1(Alessi等人,1998年;Pullen等人,1998年). 最近描述了更多的PDK1基底,包括PKC等型ζ和δ(Chou等人,1998年;Le Good等人,1998年)可能还有PKA(Cheng等人,1998年).

对控制dauer发育的基因进行遗传筛选,发现许多分子参与DAF-2胰岛素受体样信号转导级联(Riddle等人,1981年;Riddle 1988年;Paradis和Ruvkun 1998; 本报告)。这里我们报告了秀丽线虫PDK1同源物pdk-1型.我们确定pdk-1型在中秀丽线虫胰岛素受体样信号通路的功能丧失和获得突变分析pdk-1。pdk-1型生殖生长、新陈代谢和正常寿命需要活动;中的一个功能丧失突变daf-16型转录因子绕过了这一要求。激活pdk-1型通过替换激酶结构域中的保守残基,可以解除对上游AGE-1 PI3K信号的需求,但依赖于akt-1型akt-2型基因活性。这种氨基酸替代激活PDK1的能力在物种间是保守的。这些对任何动物PDK1第一次突变的研究表明线虫pdk-1基因活性对于在胰岛素受体样信号通路中传播AGE-1 PI3K信号是必要的,也是充分的。

结果

秀丽线虫DAF-2胰岛素受体样信号通路中新的功能丧失和功能获得突变的遗传鉴定

为了确定调节dauer形成的新成分,我们对在27°c下组成性停滞在dauer阶段(Daf-c)的突变体进行了基因筛查。两个等位基因(sa680标准sa709)从这个屏幕上看,是隐性的,映射到X染色体的左臂,并且在27°c时无法补充Daf-c表型,这表明它们影响同一基因。虽然这两种突变在27°C时都会引起高百分比的达斡尔氏阻滞sa680标准在25°C下,突变也会导致高百分比的达斡尔族停滞(表(表1)。1). Daf-c表型sa680标准可以通过母亲的方式进行抢救。一个sa680型/+杂合子在25°C时不产生dauer子代,但约25%的子代(sa680标准纯合子)在25°C下几乎产生所有达斡尔族后代。sa680标准突变体达乌尔犬在15°C的温度下无法在充足的食物下恢复,而sa709标准达乌尔人很快就康复了。这些表型与年龄1突变体。年龄1空突变体在所有温度下都具有母体拯救的Daf-c表型,并且在dauer恢复中有缺陷,而较弱的突变体年龄1突变体在27°c时具有Daf-c表型,并且不能进行母体补体年龄1空突变体(Gottlieb和Ruvkun,1994年;Malone等人,1996年;Morris等人,1996年).

表1

pdk-1的作用(sa680)pdk-1(sa709)论达斡尔族地层

基因型
25.4°C下的表型(%)
L4幼虫和成虫
达尔
道尔式的
不。
pdk-1(sa680)08713316
osm-6(p811);pdk-1(sa680)0991320
daf-5(e1385);pdk-1(sa680)0928205
pdk-1(sa680)daf-12(m20)10000232
daf-16(m27);pdk-1(sa680)991b条0275
akt-1(mg144);pdk-1(sa680)63371572





26.8°C下的表型(%)


野生型9640251
pdk-1(sa709)970116
daf-16(m27)982b条0258
daf-16(m27);pdk-1(sa709)982b条0260

有关类别的描述,请参见材料和方法。 

得分的动物总数。 
b条部分涂抹器如所述元音和托马斯(1992)

除了DAF-2胰岛素受体样信号通路外,另外两条平行通路也参与了dauer阻滞的控制(Thomas等人1993年;Gottlieb和Ruvkun,1994年). 确定哪些遗传途径sa680标准功能,双突变体sa680标准对每条通路中抑制突变体Daf-c表型的突变进行了分析。中的突变渗透压-6daf-5型不抑制Daf-c表型sa680标准但是在daf-16型daf-12日完全抑制Daf-c表型(表(表1)。1). 抑制sa680标准daf-16型突变与sa680标准在DAF-2胰岛素受体样信号通路中。daf-12日突变与强突变不同daf-2型等位基因,但已观察到弱daf-2型等位基因,表明sa680标准仅部分废除DAF-2信号(Gems等人,1998年). 支持放置sa680标准在胰岛素受体样信号通路中,其Daf-c表型被基因中的获得功能突变部分抑制akt-1型(表(表1)1)这也抑制了因失去年龄1PI3K信号(Paradis和Ruvkun 1998).

进一步的遗传图谱sa680型把它放在右边的X染色体上unc-1号机组。该遗传区域的映射是镁142,一种显性突变,在一个抑制Daf-c表型的筛查中分离出来年龄1(mg44)null突变体。功能缺失突变daf-16型和一个显性激活突变akt-1型也已在此屏幕中隔离(Paradis和Ruvkun 1998). 这个镁142突变抑制两种无义突变和一种错义突变的dauer构成表型年龄1并且占主导地位(表(表2;2; 数据未显示)。这个镁142显性突变抑制年龄1Daf-c表型,而隐性sa680标准sa709标准突变体物镜年龄1Daf-c表型,表明镁142可以激活被激活的相同基因sa680标准sa709标准. The镁142突变本身并没有明显的表型(表(表2)2)当达斡尔族幼虫在饥饿的盘子里时,携带突变的动物会停止活动。这个毫克142表型与激活突变相似akt-1型(Paradis和Ruvkun 1998); 这两种突变都足以激活胰岛素信号通路,从而绕过AGE-1 1PI3K信号通路的需要,但不会激活该通路,从而严重影响正常dauer停搏。

表2

pdk-1(mg142)的影响论达斡尔族地层

父母的基因型
产卵后48小时25°C条件下后代表型(%)
L4幼虫和成虫
达尔
道尔式的
死鸡蛋
其他
不。
野生型10000未注明。0471
pdk-1(mg142)99.70000.3329
sqt-1(sc13)年龄1(mg44)b条086.600.512.9c(c)187
sqt-1(sc13)年龄1(mg44);pdk-1(mg142)d日e(电子)92.60007.4(f)149
daf-16(m27);sqt-1(sc13)年龄1(mg44)d日97.60002.4376
daf-2(e1370)095.103.61.3309
daf-2(e1370);pdk-1(mg142)小时0094.64.60.8240
daf-16(m27);daf-2(e1370)98.1001.40.5575

(N.D.)未确定。有关类别的描述,请参见材料和方法。 

得分的动物总数。 
b条这些动物是年龄1/平衡雌雄同体。 
c(c)在打分的12只动物中,10只为Dauer,2只在产卵后96小时仍处于幼龄阶段。 
d日这些动物是纯合子年龄1纯合子后代年龄1雌雄同体。 
e(电子)在产蛋后96小时重新进行整个实验:50.3%的动物是怀孕的成年人,44.8%是不育的成年人,0.7%是dauer,4.2%是其他动物(N个= 143);sqt-1(sc13)年龄1(mg44)动物基本上保持不变。 
(f)评分的七只动物中有六只是不育的成年动物,七只动物中有一只是产卵后96小时的dauer。 
在产蛋后72小时重新进行整个试验:97.1%的动物是怀孕的成年人,1.8%是不育的成年人,1.1%是其他动物(N个= 379). 
小时产蛋后96小时重新进行整个实验:79.9%的动物是不育的成年动物,10.0%是达斡尔族动物,6.5%是达乌尔族动物,3.5%是其他动物(N个= 229);daf-2(e1370)动物基本上保持不变。 
产卵后72小时对整个试验的挽救:97.4%的动物是怀孕的成年动物,2.6%是其他动物(N个=575)。 

sa680、sa709和mg142是秀丽线虫PDK1同源物的等位基因

我们检查了秀丽线虫受体酪氨酸激酶信号传导相关基因的等位基因映射区域的基因组序列。这个秀丽线虫人PDK1同源物(Alessi等人,1997年a,b条),我们命名为pdk-1型,位于该区域,是这些等位基因定义的基因的最佳候选基因。我们确定了pdk-1型DNA序列sa680、sa709、和镁142菌株PCR扩增和直接测序。这揭示了一个pdk-1型Gly-295–Arg替代sa680标准应变和apdk-1型Ala-303–Val替代镁142菌株,激酶结构域中的两个保守残基(图。(图1B)。1B) ●●●●。我们没有检测到pdk-1型中的编码区域sa709标准应变;这种弱等位基因可能在基因的调节区发生突变。Daf-c表型pdk-1(sa680)pdk-1(sa709)都被一个pdk-1型(+)转基因,确认其为pdk-1型(数据未显示;有关转基因的描述,请参阅材料和方法)。

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pdk-1型编码丝氨酸/苏氨酸激酶。(A、 顶部)遗传和物理地图pdk-1型区域。pdk-1型包含在fosmids H42K12和H33H01中。PDK-1的起始蛋氨酸在H42K12上为9848bp,PDK-1终止密码子在H33H01上为3082bp;fosmids重叠1201bp(从12897到fosmid H42K12上的末端)。(底部)的外显子/内含子结构pdk-1型.编码区域为实心框;非编码区域是开盒;内含子是线条。激酶域由阴影框表示(汉克斯和亨特1995); pleckstrin同源域由阴影框表示(Alessi等人,1997年a). (B类)PDK-1a(GenBank登录号。AF130406型); PDK1b(编号。AF130407型),DMSTPK61(EMBLY07908年)和人类PDK1(GenBank登录号。AF017995型)使用PILEUP(GCG)进行比对(括号中显示了PILEPP中使用的蛋白质的登录号)。相同的残留物用点表示;引入的用于对齐序列的间隙用破折号表示。激酶结构域由氨基末端阴影区表示,百合同源结构域由羧基末端阴影区指示。这个sa680标准Gly-295–Arg替代由PDK1a序列上方的R表示。这个镁142Ala-303–Val替换由PDK1a序列上方的V表示。

这个线虫pdk-1该基因具有PDK1家族的特征,包括一个氨基末端激酶结构域和一个羧基末端pleckstrin同源结构域(Alessi等人1997a)(图。(图1A)。1A) ●●●●。在哺乳动物中,PDK1与PI3K的磷脂产物结合,通过Thr-308位的磷酸化激活Akt/PKB丝氨酸/苏氨酸激酶,以响应生长因子信号(Alessi等人,1996年,1997年a). 秀丽线虫,akt-1型akt-2型,Akt/PKB的两个同源物,将AGE-1 PI3K信号转导到DAF-16转录因子(Paradis和Ruvkun 1998). 同时灭活akt-1型akt-2型导致Daf-c表型(表(表3;;Paradis和Ruvkun 1998)和激活突变akt-1型减轻了对AGE-1 PI3K信号的需要秀丽线虫(Paradis和Ruvkun 1998). 因此pdk-1型预计无法激活Akt/PKB并导致Daf-c表型。激活突变pdk-1型预计将导致akt-1型和/或akt-2型活动,从而抑制年龄1零突变。这些预测得到了观察到的pdk-1型突变体。

表3

pdk-1(RNAi)、akt-1(RNAi)、,akt-2(RNAi)论达斡尔族地层

应变
注射dsRNA
20°C时后代的表型(%)
L4幼虫和成虫
达尔
道尔式的
死鸡蛋
其他
不。
年龄1(mg44)未注射的088.803.87.4598
1岁(mg44);pdk-1(mg142)未注射的92.4002.35.31325
1岁(mg44);pdk-1(mg142)pdk-1型9.885.12.31.21.6686
1岁(mg44);pdk-1(毫克142)akt-1型095.600.53.8182
1岁(mg44);pdk-1(mg142)b条akt-2型32.749.7131.33.2684
1岁(mg44);pdk-1(mg142)akt-1+akt-2096.101.12.8280
年龄-1(mg44);akt-1(毫克144)未注射的97.2000.52.31485
1岁(mg44);akt-1(mg144)akt-1型091.300.38.4311
1岁(mg44);akt-1(mg144)akt-2型62.824.811.70.40.4537
1岁(mg44);akt-1(mg144)pdk-1型5.792.80.210.2873
野生型c(c)pdk-1型86.44.94.14.6未注明。368
野生型d日akt-1型98.9001.1未注明。542
野生型d日akt-2型97.3002.7未注明。598








26°C时后代的表型(%)



野生型未注射的98.6001.4未注明。497
野生型e(电子)akt-1+akt-222.964.88.10.53.6580
pdk-1(mg142)未注射的100000未注明。576
pdk-1(mg142)akt-1+akt-215.977.42.21.23.3.674

(N.D.)未确定。有关类别的描述,请参见材料和方法。全部年龄1菌株中也含有平方米-1(sc13)突变。 

得分的动物总数。 
b条总的来说,该RNA在该菌株背景下的dauer-inducing能力在给定试验的注射动物之间以及试验之间是可变的。48小时时看起来像达斡尔人或达斡尔族的动物通常在72小时时变成不育或怀孕的成年动物
c(c)该分析在27°C下进行,该条件比20°C更具诱导性。未注射野生型对照在27°C下涂抹0.2%。 
d日数据转载自《天堂与鲁夫昆》(1998)以便于与新数据进行比较。该测定是在25°C下进行的,这种条件比20°C更容易诱发dauer。 
e(电子)这些数据与之前公布的结果略有不同(Paradis和Ruvkun 1998). 我们认为这是由于菌株背景和培养箱温度的差异所致(见材料和方法)。 

为了确认pdk-1(mg142)突变导致Daf-c表型的显性抑制年龄1功能缺失突变体,我们使用RNA干扰(RNAi)进行了逆转实验(Fire等人,1998年)减少pdk-1型基因活性1岁(mg44);pdk-1(mg142)应变。如果pdk-1型该基因座负责在该菌株中观察到的抑制表型,RNAipdk-1型在该菌株中,应恢复抑制表型并导致年龄1Daf-c表型。抑制pdk-1型RNAi在1岁(mg44);pdk-1(mg142)应变使pdk-1型抑制表型(表(表3)。). 我们的结论是镁142pdk-1型轨迹。撤销pdk-1(mg142)抑制表型也支持以下结论镁142pdk-1型而不是功能丧失突变。

有趣的是,减少pdk-1型野生型动物的RNAi功能(表(表3))不会引起类似于上述两种情况的Daf-c表型pdk-1型功能缺失等位基因。对此结果的一个可能解释是pdk-1型不减少pdk-1型基因活性足以在野生型背景中引起Daf-c表型。然而,RNAipdk-1(mg142)降低基因活性足以恢复该等位基因抑制年龄1Daf-c表型(表(表3)。). 因此,有可能pdk-1型实际上废除了pdk-1型基因活性,但pdk-1(sa680)是一种新的隐性干扰突变,而不是功能丧失突变。如果是这样pdk-1型RNAi的基因活性有望逆转Daf-c表型pdk-1(sa680)。我们进行了这个实验,没有观察到pdk-1(sa680)Daf-c表型(数据未显示)。因此,我们的结论是pdk-1(sa680)是一种功能丧失突变pdk-1型禁止pdk-1型基因活性低于pdk-1(sa680).抑制pdk-1型RNAi的基因活性也不能增强pdk-1(sa680)Daf-c表型(数据未显示)。这意味着pdk-1(sa680)是一个强且可能为零的等位基因,但因为sa680标准突变导致氨基酸替换,pdk-1(sa680)可以保留一些活动。

增加的基因剂量pdk-1型(+)具有与pdk-1(mg142)突变,表明pdk-1(mg142)这归因于基因活性的增加。增加的基因剂量pdk-1型(+)抑制Daf-c表型年龄1(mg44)(表(表4)。4). 这种抑制依赖于功能性PDK1激酶结构域,因为携带用天门冬酰胺(PDK1a中的K98N)取代保守赖氨酸残基的转基因不能抑制PDK1的激酶活性年龄1(mg44)(表(表4)。4). 同样,增加akt-1型基因剂量也足以抑制年龄1(mg44)(表(表4)。4). 我们的结论是增加pdk-1型(+)足以补偿AGE-1 PI3K信号的丢失,可能是通过增加akt-1型和/或akt-2型活动。重要的是,上述基因分析pdk-1型功能丧失和功能获得突变表明pdk-1(mg142)是显性激活突变,而不是显性阴性或功能丧失。

表4

pdk-1的影响达斡尔族地层的转基因

达斡尔族构成突变
转基因
25°C时的表型(%)
L4幼虫和成虫
达尔和达尔式
其他
不。
野生型没有人1000未注明。218
野生型pdk-1型(+)1000未注明。451
野生型pdk-1(KD)b条1000未注明。539
年龄1(mg44)没有人091.78.3108
年龄1(mg44)pdk-1型(+)69.930.1未注明。322
年龄1(mg44)pdk-1(KD)b条098.11.9207

有关类别的描述,请参见材料和方法。全部年龄1菌株中也含有平方米-1(sc13)突变。 

得分的转基因动物总数。 
b条pdk-1(KD)是一种激酶死亡突变,将保守的赖氨酸转变为天冬酰胺(Chou等人,1998年). 

激活的pdk-1需要akt-1和akt-2基因活性

PDK1激活Akt/PKB的生化研究(Alessi等人,1997年b;Stokoe等人,1997年)预测一下pdk-1(mg142)Daf-c表型的抑制年龄1突变体需要akt-1型akt-2型基因活性。减少akt-1型RNAi单独的基因活性足以干扰pdk-1(mg142)抑制年龄1Daf-c表型(表(表3)。). 仅减少akt-2型基因活性部分损害了pdk-1(mg142)抑制年龄1(mg44)(表(表3)。). 同时灭活akt-1型akt-2型通过RNAi导致Daf-c表型(表(表3;;Paradis和Ruvkun 1998)这是激活突变的上位性pdk-1(mg142)(表(表3),),表明akt-1型akt-2型作用于下游pdk-1型这些结果与以下模型一致:pdk-1(mg142)激活akt-1型akt-2型在没有上游AGE-1 PI3K输入的情况下发出信号。这些结果表明akt-1型akt-2型是的主要输出pdk-1型发送信号。

生化实验表明,Akt/PKB上Thr-308的PDK1磷酸化是Akt/PKB活性所必需的(Alessi等人,1996年,1997年b). 我们测试了激活突变akt-1、akt-1(mg144),解除了PDK1磷酸化事件的需要。这个akt-1(mg144)突变能够部分抑制pdk-1(sa680)功能丧失突变(表(表1),1),表明了这一点akt-1(mg144)活动不需要完全pdk-1型活动。这个实验与模型一致akt-1型作用于的下游pdk-1型然而,pdk-1型活动是激活所必需的akt-1型在AGE-1生成的磷脂信号缺失的情况下发出信号。停用pdk-1型通过RNAi1岁(mg44);akt-1(mg144)紧张使人丧失能力akt-1(mg144)抑制Daf-c表型年龄1(mg44)(表(表3)。). 这一观察与激活的能力形成对比akt-1(mg144)绕过以下要求pdk-1型AGE-1磷酸肌醇信号传导正常的遗传背景下的信号传导(表(表1)。1). 对这一结果的一种解释是,AKT-1对其正常激活既有非PDK-1磷脂依赖性输入,也有PDK-1依赖性输入akt-1(mg144)只有当存在AGE-1 PI3K生成的磷脂酰肌醇时,突变才能解除PDK-1输入的需求。

正如预期的突变增加一样akt-1型而且可能akt-2型活动,pdk-1(mg142)行为类似于中的激活突变akt-1、akt-1(mg144)(Paradis和Ruvkun 1998). 喜欢akt-1(mg144)、pdk-1(mg142)抑制中的空突变年龄1比抑制DAF-2胰岛素受体样蛋白的功能丧失突变更有效(表(表2)。2). 这一结果支持了这样的观点,即信号通路的分支发生在DAF-2胰岛素受体样同源物下游,AGE-1 PI3K及其下游信号分子代表这些平行通路的一个分支。来自DAF-2胰岛素受体样同源物的所有信号必须集中在daf-16型,因为daf-16(m27)完全抑制两者的Daf-c表型daf-2型年龄1突变体(表(表2)2) (元音和托马斯1992;Gottlieb和Ruvkun,1994年;Larsen等人,1995年).

相当于pdk-1(mg142)的人PDK1 Ala-277-Val突变体激活PDK1激酶对Akt/PKB的活性

遗传证据表明pdk-1(mg142)突变激活了PDK1激酶对Akt/PKB的活性,利用这些激酶的哺乳动物同源物进行了生化验证。Ala-303–Val替代pdk-1(mg142)位于人类PDK1(hPDK1)中保守的激酶结构域的一个区域(图。(图1B)。1B) ●●●●。在hPDK1(hPDK1.A277V)中构建了等效替代突变,并将其在哺乳动物Akt/PKB底物上的激酶活性与野生型hPDK1。用野生型hPDK1瞬时转染人胚胎293T肾细胞,hPDK1.K110N是一种激酶非活性突变体(Chou等人,1998年)和hPDK1.A277V突变株,均标记有Myc表位。在自然条件下裂解转染细胞,用单克隆抗Myc抗体免疫沉淀hPDK1蛋白。如前所述,在PtdIns-3,4,5-P3存在下,使用重组His-tagged Akt/PKB底物在体外蛋白激酶试验中测定每个hPDK1蛋白衍生物的活性(Chou等人,1998年)(图。(图2A)。2A) ●●●●。与野生型hPDK1相比,hPDK1.A277V突变株对Akt/PKB底物的蛋白激酶活性显著升高(2.9倍)(图。(图2A)。2A) ●●●●。正如预期的那样,激酶活性突变体磷酸化底物的能力较差(图。(图2A)。2A) ●●●●。这从生物化学角度证实了基因证据,即在这个保守位置进行Ala-to-Val替换可以增加PDK1蛋白激酶活性。此外,我们注意到hPDK1.A277V突变导致凝胶迁移率的改变,这让人想起在其他信号蛋白激酶中发现的过度磷酸化,例如p70 S6激酶(Romanelli等人,1999年; 图。图2B)。2B) ●●●●。hPDK1的这种假定磷酸化可能指示酶的激活。然而,这种修饰是仅适用于Ala-277-Val激活突变,还是上游信号蛋白激活hPDK1的更普遍机制,尚待确定。

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人PDK1中A277V的替代导致酶的激活。将野生型人PDK1(hPDK1)、激酶非活性hPDK1.K110N和hPDK1/A277V表达克隆中激活的A277V突变瞬时转染293T细胞,重复转染后,在体外蛋白激酶检测中检测每个突变株对Akt/PKB的蛋白激酶活性(见材料和方法)。这些数据代表了四个独立的实验。(A)hPDK1蛋白的相对量(hPDK1.K110N和hPDK1.A277V)根据hPDK1-蛋白浓度从B类使用生物活性分子成像仪上的抗Myc抗体和ECL检测(Amersham),以及用于抗Myc抗原免疫沉淀的调整量的裂解物。清洗免疫沉淀,并使用His–Akt作为底物进行体外激酶分析。Akt/PKB(His–Akt)的磷酸化通过放射自显影术进行评估,并在生物放射分子成像仪上进行定量。将数据标准化为野生型hPDK1活性(1),并表示每个hPDK1构建体的两个泳道的平均值。在hPDK1.A277V通道中,仅使用较低物种(与野生型hPDK1通道中的His–Akt相结合)进行定量,因为较高迁移物种的身份尚不清楚。(B)对总细胞裂解物进行总蛋白含量分析(生物活性蛋白分析),并在7.5%SDS–聚丙烯酰胺凝胶上装载等量的蛋白质,将溶解的蛋白质转移到硝化纤维素中,并用抗Myc抗体进行免疫印迹。与野生型或激酶活性蛋白相比,A277V突变体观察到额外的抗Myc免疫反应带。

pdk-1(sa680)延长秀丽线虫寿命

中的突变年龄1增加秀丽线虫寿命超过两倍(克拉斯1983;Larsen等人,1995年;Morris等人,1996年). 中的突变daf-16型抑制寿命增加(Kenyon等人,1993年;Larsen等人,1995年). 中的一种功能丧失突变pdk-1型增加秀丽线虫寿命几乎是原来的两倍,类似于年龄1(图。(图3)。).daf-16(m27)抑制pdk-1(sa680)(图。(图3)。). 这些结果表明,来自DAF-2和AGE-1信号通路的寿命调节信号通过PKD-1传播,可能通过AKT-1和AKT-2传播到DAF-16转录因子。有趣的是,两者都是daf-16(m27);pdk-1(sa680)和激活突变pdk-1型与野生型相比,其本身的寿命略有缩短(图。(图3)。). 该结果与之前公布的结果一致,该结果显示daf-16(m26)突变株(Larsen等人,1995年). 然而,由于即使在不同的野生型菌株之间也观察到了菌株间的变异,因此很难解释特定菌株寿命略微缩短的意义(凯尼恩1997). 因此,必须进行更严格的分析,以得出结论,在这些菌株中观察到的生命周期的微小缩短是由这些特定突变引起的。

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成人寿命pdk-1(sa680)突变体。pdk-1(sa680)延长成人寿命和daf-16型在25°C时抑制寿命增加。野生型的平均寿命为17天(□,n个 = 50),15天pdk-1(毫克142)(*,n个 = 50),15天daf-16(m27);pdk-1(sa680)(●,n个 = 49),27天pdk-1(sa680)(⋄,n个 = 50),27天sqt-1(sc13)年龄1(hx546)(,n个 = 25). 平均寿命显著不同(P(P)≤2e−9;参见材料和方法)pdk-1(sa680)与…相比sqt-1(sc13)年龄1(hx546)、和daf-16(m27);pdk-1(sa680)与…相比pdk-1(mg142).平行测定所有菌株的寿命;数据来自于至少另一次进行的一个具有代表性的实验。

激活突变pdk-1(mg142)不会抑制年龄1(未显示数据)。激活突变akt-1型也不会抑制寿命的增加年龄1突变体(Paradis和Ruvkun 1998). 对该数据的一种可能解释是pdk-1(mg142)akt-1(mg144)在缺乏正常的PtdIns-3,4-P2和PtdIns3,4,5-P3信号的情况下,足以绕过AGE-1 PI3K信号在生殖发育中的需要,但在寿命中不需要。只携带母体贡献的年龄1活动寿命长,但不会在达斡尔族阶段停止(Morris等人,1996年)这与野生型寿命需要更高水平的通路激活的模型一致。

pdk-1功能丧失突变体具有多效性表型

pdk-1(sa680)pdk-1(sa709)除了Daf-c和衰老表型外,突变体还有其他几种多效性表型(表(表5)。5).pdk-1(sa680)在20°C下生长的突变动物的蛋黄(Egl)缺陷,身体比野生型(Lon)长,形成动物群,而不是分散在细菌草坪上(Cpy)(Thomas等人,1993年)生育率低。与Daf-c表型一样pdk-1(sa680)被母亲救活。这个pdk-1(sa680)然而,Egl表型并没有显示完全的母体拯救。基因突变daf-16型抑制所有表型和akt-1(mg144)突变部分抑制Daf-c和生育表型,但不抑制Egl、Lon和Cpy表型(尽管部分抑制这些定性表型可能难以准确评分)。Daf-c表型的抑制较弱,Egl、Lon和Cpy表型的抑制不足akt-1(mg144)激活突变可以反映出通过akt-1(mg144)daf-16(m27)或者,pdk-1(sa680)可能会有与AKT-1并行的输出,但不会被激活akt-1(mg144)但这集中在DAF-16上。

表5

pdk-1总结功能丧失表型

基因型
Daf-c公司
埃格尔

Cpy(副本)
20°C时的雏鸡尺寸
野生型++++291 ± 69 (5)
pdk-1(sa709)+/−b条+/−b条+/−b条未注明。c(c)
pdk-1(sa680)24 ± 20 (4)
osm-6(p811);pdk-1(sa680)38±17(5)
daf-5(e1385);pdk-1(sa680)36 ± 23 (5)
pdk-1(sa680)daf-12(m20)+17 ± 16 (5)
daf-16(m27);pdk-1(sa680)++++230±43(5)
akt-1(mg144);pdk-1(sa680)+/−d日135 ± 61 (3)
平均窝数±标准差。用分段中的动物数量进行分析。 
b条表示pdk-1(sa709)有缺陷的表型弱于pdk-1(sa680)。 
c(c)尚未确定。然而,偶然的观察表明pdk-1(sa709)没有明显的生育缺陷。 
d日Daf-c表型的部分抑制。 

PDK-1/GFP广泛表达

的表达模式pdk-1型在含有基因组翻译融合的转基因动物中进行检测pdk-1型绿色荧光蛋白基因座(Chalfie等人,1994年). 该结构包含来自pdk-1型包括5′上游调控序列,在羧基末端融合到GFP框架中。PDK-1/GFP融合有效挽救Daf-c表型pdk-1型(sa680),表明融合蛋白具有功能(数据未显示)。PDK-1/GFP在晚期胚胎和动物的整个生命周期中都有表达。在胚胎后动物中,观察到PDK-1/GFP在头部和尾部大多数神经元的细胞体和突起中表达(图。(图4A),4A) ,在腹神经索的运动神经元中(图。(图4B)4B) 以及沿着动物身体、咽部细胞和神经元的神经突起(图。(图4A),4A) ,在肠细胞中(图。(图4B),4B) 和皮下细胞(图。(图4A)。4A) ●●●●。在L4s和成人中,PDK-1/GFP也在体性腺中表达(数据未显示)。

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PDK-1/GFP表达。(A)PDK-1/GFP在L1动物中的表达。显示了在咽的前体和前泡(ant.ph.)中的表达;还观察到整个咽部的表达。PDK-1/GFP在头部和尾部许多神经元的胞体中表达可见;神经元细胞核偶尔表达。在尾部的皮下细胞(hyp)中也观察到PDK-1/GFP的表达。(B)PDK-1/GFP在L1动物肠道(肠)和腹神经索(VNC)中的表达。前部是指左边,腹部是向下; 由于与角色-6标记。VNC神经元的胞体和轴突(箭头)清楚地表达PDK-1/GFP,肠细胞的胞体也是如此(箭头);VNC和肠细胞核似乎不表达PDK-1/GFP。

PDK-1/GFP表达模式与AKT-1/GFP和AKT-2/GFP的表达模式相似(Paradis和Ruvkun 1998). 这一结果与PDK-1在激活AKT-1和AKT-2中的作用一致。这些基因的广泛表达模式与调节dauer形成的感觉神经元的功能一致(巴格曼和霍维茨1991)或达斡尔氏发育过程中重塑的靶组织,如咽部、皮下组织和肠道(Riddle和Albert 1997).

讨论

这个秀丽线虫PDK1同源物是防止dauer幼虫期发育停滞所必需的。功能丧失突变pdk-1型导致dauer构成表型和寿命增加,并被功能丧失突变抑制daf-16型转录因子。这确认了pdk-1型并表明DAF-16转录因子是PDK1信号的主要输出秀丽线虫。激活突变pdk-1型足以有效绕过生殖发育中AGE-1 PI3K信号的需要。与PDK1激活Akt/PKB信号的模型相一致,PDK1的激活突变能力pdk-1型抑制null的dauer构成表型年龄1PI3K突变依赖于akt-1型部分依赖于akt-2型这表明pdk-1型AGE-1 PI3K和AKT-1/AKT-2之间的作用是传递胰岛素受体样信号,促进生殖生长和代谢。PDK-1可能不会直接磷酸化DAF-16,因为DAF-16没有PDK1共识磷酸化位点(T型燃料电池燃气轮机;Chou等人,1998年). PDK-1的直接靶点更有可能是AKT-1和AKT-2,它们携带这种一致的磷酸化位点,并作用于PDK-1下游。DAF-16确实具有Akt/PKB共有磷酸化位点,这表明它直接受Akt/PKB磷酸化调控(Paradis和Ruvkun 1998年). 为了支持这一模型,最近研究表明,哺乳动物DAF-16同源物的Akt/PKB磷酸化抑制其核定位和转录活性,并促进细胞存活(Brunet等人,1999年).

其他系统中的Akt/PKB激活需要PDK1(Alessi等人,1996年,1997年b). 众所周知akt-1型akt-2型基因活性导致dauer阻滞秀丽线虫(Paradis和Ruvkun 1998). 我们的基因分析还预测pdk-1型削弱其激活能力akt-1型akt-2型从而产生dauer构成表型。因为减少了akt-1型akt-2型基因活性对激活突变具有上位性pdk-1型,看起来akt-1型akt-2型是的相关输出pdk-1型调节与dauer阻滞相关的生长停滞和代谢转变。PDK1在哺乳动物中也有其他已知的输出,如p70 S6激酶(Alessi等人,1998年;Pullen等人,1998年)和PKC异构体ζ和δ(Chou等人,1998年;Le Good等人,1998年). 激活的抑制pdk-1(mg142)通过抑制akt-1型akt-2型基因活性强烈表明,这些其他可能的PDK1输出与dauer阻滞的调节无关pdk-1型到目前为止,DAF-2胰岛素受体样信号通路中的基因分析没有发现其他这些分子。

这个pdk-1型映射到蛋白激酶结构域保守残基的功能丧失和功能获得突变可以根据同源哺乳动物PKA激酶的已知晶体结构进行解释(Zheng等人,1993年). Gly-295残留物在pdk-1(sa680)(图。(图1B)1B) 位于子域IX中(汉克斯和亨特1995)在所有PDK1家族成员中完全保守,在丝氨酸/苏氨酸激酶中普遍保守。这种保守的甘氨酸位于激酶结构域深埋的α-螺旋F中(Zheng等人,1993年). 因此,在这个位置的Gly-to-Arg取代预计会干扰激酶结构域三级结构并降低激酶活性。我们的基因分析与sa680型是一种严重的功能丧失突变pdk-1型.

Ala-303残基在显性活化中变为Valpdk-1(mg142)等位基因也是PDK-1激酶结构域亚域IX中的保守残基(图。(图1B)1B) 据预测,在α-螺旋F中,与Gly-295只有八个氨基酸。丙氨酸残基在所有PDK1家族成员中都是保守的,但在所有丝氨酸/苏氨酸激酶结构域中并不保守。其他PKA和PKC家族成员在该位置有缬氨酸,其他丝氨酸/苏氨酸激酶家族成员也是如此,这表明该突变不会干扰激酶活性。事实上,与hPDK1野生型激酶活性相比,人PDK1(Ala-277-Val)中的等效氨基酸替代增加了人PDK1-激酶活性。这一结果与我们的遗传分析一致,表明pdk-1(mg142)是一种激活突变,意味着丙氨酸在这个位置的功能在物种间是保守的。

事实上,在这个位置进行Ala-to-Val替换(秀丽线虫303/人277)导致活化的激酶,表明Ala-303/277通常可以限制PDK1的活性。Ala-303/277可能只是在任何时候降低PDK1活性,或者更有趣的是,它可能只在没有PtdIns-3,4-P2和PtdIns3,4,5-P3信号的情况下下调PDK1的活性。分离激活的Ala-303–Val替代物秀丽线虫PDK-1以及等效替代物激活人类PDK1的证明表明,PDK1可以在其基础水平以上被激活。到目前为止,PDK1在刺激激活Akt/PKB的刺激下被折射为额外激活(Alessi等人,1997年a).

基于对已知PKA激酶结构域晶体结构的类比,Ala-303/277是溶剂暴露的,与PKA的假底物结合区(1CMK;Zheng等人,1993年). 关于Ala-303/277–Val替代物如何激活PDK1,有两个简单的模型。一种可能性是,Val-303/277可能通过α-螺旋F运动直接或间接增加PDK1对底物的识别和/或磷酸化。一个相关的想法是,Val-303/277增加了对PDK1本身的磷脂酰肌醇或其他上游调节分子的识别。另一种可能性是Val-303/277干扰抑制性相互作用,例如与假底物的相互作用,后者通常会降低底物的PDK1磷酸化。在hPDK1.A277V中观察到的迁移率变化表明蛋白质过度磷酸化支持这两种模型。

激活突变pdk-1型或过度表达pdk-1型(+)绕过AGE-1 PI3K信令的需要。目前Akt/PKB激活的模型是PtdIns-3,4-P2和/或PtdIns-3,4,5-P3与Akt/PKB的pleckstring同源结构域结合,从而使Thr-308位点可被PDK1磷酸化,并可能用于将蛋白质定位到细胞膜(Alessi等人,1997年b;Andjelkovic等人,1997年;Stokoe等人,1997年;Anderson等人,1998年). 我们的结果与这两种可能性一致。磷酸肌醇在激活PDK1中的作用目前尚未确定;我们的基因分析表明pdk-1型是AGE-1 PI3K的下游靶点。鉴于pdk-1型获得功能突变绕过了AGE-1介导的PtdIns-3,4-P2和PtdIns3,4,5-P3产生的要求,AGE-1 PI3K不太可能是细胞中PtdIns 3,4-P1和PddIns3,1,4,5-P3的唯一来源。DAF-18 PTEN脂质磷酸酶失活可以抑制AGE-1 PI3K的无效突变(Ogg和Ruvkun 1998)表明在缺乏年龄1活动。这表明激活突变akt-1型pdk-1型在缺乏磷脂酰肌醇的情况下,不一定激活蛋白质;这些突变可能使蛋白质敏感到野生型AKT-1和PDK1亚阈值的磷脂酰肌醇水平。

功能丧失动物的寿命延长pdk-1型突变表明pdk-1型主要功能秀丽线虫长寿调节途径,包括DAF-2胰岛素受体样蛋白和下游AGE-1 PI3K(克拉斯1983;Larsen等人,1995年;Morris等人,1996年). pdk-1(sa680)寿命延长daf-16型还有地图pdk-1型通往这条路(Kenyon等人,1993年;Larsen等人,1995年). 一个流行的理论是,衰老是活性氧对细胞蛋白质和核酸造成损伤的结果;因此,中和活性氧的分子可以防止衰老(Sohal和Weindruch,1996年). 尚不清楚监管不当的程度daf-16型活动会延长寿命。一种可能性是daf-16型激活促进生物体寿命的基因转录。为了支持这个想法,年龄1突变动物(表达错误daf-16型活动类似于pdk-1(sa680)动物)增加了超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性(拉森1993),两种与清除活性氧有关的蛋白质。daf-16型可以通过激活超氧化物歧化酶和过氧化氢酶基因的转录来延长寿命,从而提高秀丽线虫防止氧化损伤。

生物多样性pdk-1型功能丧失等位基因表明pdk-1型还调节控制体型、产卵和社交行为的信号通路。TGF-β相关信号通路与DAF-2胰岛素受体样信号通路平行调节dauer形成(Thomas等人,1993年;Gottlieb和Ruvkun,1994年). TGF-β配体、受体和下游效应器的突变也会导致Daf-c、Egl和Cpy表型(Estevez等人,1993年;Thomas等人,1993年;Ren等人,1996年).pdk-1型突变体是DAF-2胰岛素受体样信号通路中第一个显示Egl和Cpy表型的突变体(尽管年龄1突变体也出现轻微的Egl;数据未显示)。这表明pdk-1型向平行的TGF-β信号通路或与TGF-α途径调节的靶点有共同的输出。事实上daf-16型转录因子抑制所有的表型pdk-1(sa680)然而,这表明这些其他输出取决于daf-16型此外,这些途径之间的相互作用可能很复杂,因为daf-5(e1385)抑制TGF-β途径中突变体的多效性表型(Thomas等人,1993年)但不抑制pdk-1(sa680)多效性,而daf-16(m27)抑制pdk-1(sa680)但不是TGF-β途径突变体的那些(M.Ailion,T.Inoue,和J.H.Thomas,pers.com.)。

的作用pdk-1型在调节中akt-1型akt-2型DAF-2胰岛素受体样信号转导级联中的活性表明以下模型(图。(图5)。5). 在生殖生长条件下,胰岛素样配体结合并激活DAF-2胰岛素/IGF-I受体。激活DAF-2可招募并激活AGE-1 PI3K和DAF-2产生的其他信号通路。我们的遗传实验将PDK1置于AGE-1 PI3K的下游并受其正向调节,将PDK11置于DAF-16的上游并受其负向调节。虽然PDK-1信号与AKT-1/AKT-2并行以对抗DAF-16是一种形式上的可能性,但我们的分析表明PDK-1依赖AKT-1和AKT-2发挥其功能。因此,我们支持PDK-1通过激活AKT-1和AKT-2来拮抗DAF-16的模型。AGE-1产生的磷酸肌醇激活PDK1,并与PDK1(以及尚未鉴定的PDK2)的磷酸化作用协同激活AKT-1和AKT-2。AKT-1和AKT-2,以及可能来自其他DAF-2激活途径的输入,可能通过DAF-16的直接磷酸化负调节DAF-16转录因子。哺乳动物DAF-16同源物FKHRL1的核定位被Akt/PKB信号阻断(Brunet等人,1999年)与遗传证据一致秀丽线虫当胰岛素受体样信号减弱时,DAF-16激活。未磷酸化的DAF-16可以激活达斡尔族停滞、新陈代谢和延长寿命所必需的基因,也可以抑制生殖生长所必需的基因组。

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DAF-2胰岛素受体样信号通路调节生殖生长和代谢的模型。激活DAF-2后,AGE-1生成PDK-1和AKT-1/AKT-2激活所需的PtdIns-3,4-P2和PtdIns-3,4,5-P3。DAF-2的其他平行通路也被激活,所有信号都在DAF-16上聚合。详见正文。

胰岛素信号通路的生化分析表明,PI3K、PDK1和Akt/PKB在同一细胞中起作用,传递胰岛素信号(卡恩1994;Alessi等人,1997年b;Avruch 1998年). 我们的模型是DAF-2胰岛素受体样蛋白、AGE-1 PI3K、PDK-1、AKT-1/AKT-2、DAF-18 PTEN磷酸酶和DAF-16转录因子在同一细胞中起作用,将信号从一个尚未识别的胰岛素样配体传递到细胞核中由DAF-16调节的转录输出。目前尚未确定这些基因是否在同一细胞中起作用以调节dauer形成。有趣的是,DAF-2已被证明非自主地作用于细胞以调节dauer的形成和寿命(阿普菲尔德和凯尼恩1998). 对这一结果的一种可能解释是,DAF-2介导的信号转导级联本身产生另一个信号,控制生殖生长、新陈代谢和寿命。然而,这一结果并不清楚AGE-1、PDK-1、AKT-1/AKT-2、DAF-18和DAF-16是否在与DAF-2相同的细胞中发挥作用,需要对这些基因进行进一步的功能分析才能解决这个问题。pdk-1、akt-1,akt-2型、和daf-16型都有广泛的表达(Ogg等人,1997年;Paradis和Ruvkun 1998). 目前尚不清楚这些分子是在分泌神经元中起作用以产生dauer-inducing信号,还是在dauer形成过程中重塑的靶组织中起作用,以接收dauer-inducing信号并对其作出反应。

许多基因的哺乳动物同源物(daf-2、1岁、akt-1、akt-2、pdk-1)监管秀丽线虫生化研究表明,dauer阻滞在胰岛素信号转导级联中起作用(Avruch 1998年). 我们的基因分析pdk-1型强烈赞成pdk-1型也揭示了蛋白质的重要调控区域。此外,我们对dauer形成的分子和遗传分析表明,胰岛素信号通路的大部分存在于线虫和脊椎动物的共同祖先中。线虫和哺乳动物通路共享如此多的保守分子这一事实表明,正如DAF-16转录因子和DAF-18磷酸酶一样秀丽线虫遗传学和接近完整的基因组序列可以揭示参与胰岛素信号转导的新分子。

材料和方法

菌株和转基因株系

使用了以下菌株:野生型:N2 Bristol,GR1318pdk-1(毫克142),JT9609pdk-1(sa680)、JT9604osm-6(p811);pdk-1(sa680)、JT9606daf-5(e1385);pdk-1(sa680)、JT9605pdk-1(sa680)daf-12(m20)、JT9607daf-16(m27);pdk-1(sa680)、JT10108akt-1(mg144);pdk-1(sa680)、JT709pdk-1(sa709)、JT6064daf-16(m27)、JT9902daf-16(m27);pdk-1(sa709),GR1188sqt-1(sc13)年龄1(mg44)/mnC1,GR1316sqt-1(sc13)年龄1(mg44);pdk-1(mg142),GR1196daf-16(m27);平方英尺-1(sc13)年龄-1(mg44),GR1306sqt-1(sc13)年龄1(mg44);akt-1(mg144)、HT211sqt-1(sc13)年龄1(hx546),GR1122daf-2(e1370),第122页daf-2(e1370);pdk-1(mg142),GR1105daf-16(m27);daf-2(e1370),GR1319unc-4(e120)年龄1(mg44)/mnC1.

使用了以下转基因株系:SGP300镁Ex464,SGP301型镁Ex465,SGP303镁Ex467,SGP304镁Ex468,SGP305镁Ex469,SGP320sqt-1(sc13)年龄1(mg44)/+;镁Ex464,SGP319sqt-1(sc13)年龄1(mg44)/+;镁Ex465,SGP317sqt-1(sc13)年龄1(mg44);镁Ex467,SGP316sqt-1(sc13)年龄-1(mg44);镁Ex468,SGP318sqt-1(sc13)年龄1(mg44);镁Ex469,第294页镁Ex479,第295页毫克Ex480,SGP296mgEx481型,SGP306pdk-1(sa680);镁Ex470,SGP307pdk-1(sa680);mgEx471型,SGP308pdk-1(sa709);镁Ex472,SGP312pdk-1(sa709);镁Ex476,SGP313pdk-1(sa709);镁Ex477.

pdk-1(sa680)和pdk-1(sa709)的分离和绘图

pdk-1(sa680)pdk-1(sa709)在27°c的Daf-c突变体筛选中分离。sa680标准露头四次sa709标准两次,然后详细描述突变表型。在所有温度下,sa680标准男性都会以达斡尔族的身份被捕,或者在达斡尔人阶段之前死亡。因此,绘图标记总是交叉到sa680型突变体,常用tra-2(q276)获得X染色体标记的XX个雄性杂合子。两者都有sa680标准sa709标准被映射到X染色体的左臂unc-1型第三季度。从其中一个中挑选的Unc非Dpy和Dpy非Unc重组子的汇集结果sa680/unc-1(e719)dpy-3(e27),或sa709/unc-1(e719)dpy-3(e27),我们得到以下地图数据:unc-1号机组(13)sa680标准(46)dpy-3型、和unc-1号机组(2)sa709标准(8)dpy-3型。这非常接近pdk-1型在物理地图上。

pdk-1(mg142)分离与映射

pdk-1(mg142)被隔离为年龄1(mg44)在前面描述的屏幕中(Paradis和Ruvkun 1998). 所有绘图实验都是在sqt-1(sc13)年龄1(mg44)突变背景。年龄1(mg44)导致Daf-c表型,母体可以挽救(Riddle 1988年). 因此,在每个映射实验中,我们首先进行纯合sqt-1年龄段1然后通过对下一代分离的表型进行评分,对其他基因座进行基因分型。由于技术上的原因,我们没有对在同一代中具有纯合子定位标记的下一代动物进行评分sqt-1年龄段1(即,我们没有为sqt-1年龄-1;dpy-3型例如)。在回交时,我们发现pdk-1(mg142)X链接。随后的双因子杂交表明毫克142链接到dpy-3(e27)约11 m.u.之间有三个因素交叉镁142dpy-6(e14)unc-3(e151)建议镁142在的左边dpy-6型此外,三因素交叉镁142unc-1(e719)dpy-7(e88)表明了这一点镁142要么靠近的右边,要么可能是左边unc-1号机组这些结果如下。首先,我们恢复了42个纯合子镁142动物和19个杂合子mg142/unc-1(e719)dpy-7(e88)动物,代表非重组类。在重组类中,我们发现15个Dpy非Unc重组子中有15个携带镁142(尽管我们可能忽略了不携带镁142因为在Dpy dauers中很难得分)。此结果将镁142远离dpy-7型。携带15个Unc非Dpy重组子中只有一个毫克142。此结果将镁142右侧和附近unc-1号机组,这一解释与pdk-1型分子克隆结果。我们还分离出两种携带mg142 unc-1(e719)dpy-7(e88)然而,染色体表明镁142在的左边unc-1号机组。我们怀疑这一类是双重重组事件的结果。将该数据外推以解释所有重组和非重组类,得出了两个因素之间的映射距离镁142unc-1号机组3.3 m.u.或三因素地图距离镁1421.7 m.u.右侧unc-1号机组.

pdk-1(mg142)优势测试

unc-4(e120)年龄1(mg44)/+雄性被杂交到sqt-1(sc13)年龄1(mg44);pdk-1(mg142)雌雄同体。在F中1我们恢复了以下杂交后代:249只野生型非雄性;242个野生型非auer雌雄同体;10只野生蝙蝠;其他13个(总数来自两次试验)。对分离Sqt、Unc和野生型的野生型非dauer雌雄同体后代进行dauer和non-dauer评分,得出以下结果:70.6%的非dauel和29.4%的dauer(n个 = 422,一次试验)。我们注意到达拉斯队在得分后24–48小时似乎恢复了状态,与之相比年龄1(mg44)达尔斯。我们认为,这证明了pdk-1(mg142)抑制年龄1.

pdk-1(sa680)和pdk-1(sa709)dauer形成分析

表11将两个独立实验的结果结合起来,每个实验都有相似的结果。对于pdk-1(sa680)dauer形成分析,在一个实验中,允许父母在室温下产卵8小时,然后将平板移至25.4°C。在第二个实验中,在25.4°C的温度下进行17小时的隔夜产卵,然后移除父母(在本实验中,一些sa680标准父母从后代的内部孵化中“装袋”)。在这两种情况下,产卵后48小时对平板进行计数。仔细检查盘子的侧面sa680标准达尔人有很高的攀登板块的倾向。由于缺乏恢复,不需要紧密同步sa680标准dauers,并且按照描述进行分析,因为sa680标准蛋黄有缺陷。除了形成涂抹物,sa680标准突变体形成的“达斡尔族”动物比例很低,它们在L2阶段后会停止发育,肠道呈暗红色,但不像达斡尔人那样呈放射状收缩,不会停止运动或泵血。类似Dauer-like的动物也出现在daf-2型(Gems等人,1998年)以及年龄1(Gottlieb和Ruvkun,1994年). 对于pdk-1(sa709)dauer形成分析,允许父母在室温下产卵5.5小时,然后将平板移至26.8°C。产卵后41小时对后代进行计数。

pdk-1(mg142)dauer地层分析

允许灰熊成虫在25°C下产卵3小时。在产卵后48小时对所有等级的后代进行评分,在产卵72或96小时对一些菌株进行评分。对于本研究中进行的所有分析,数字表示每个基因型在不同日期进行的至少两次试验中的至少两个试验的总结。在所有分析中,使用了以下评分类别。Dauer-like是指被逮捕的动物,肠道呈黑色年龄1daf-2型达斡尔族,但并没有像这些达斡尔人那样被完全束缚,或者被逮捕和束缚得像年龄1daf-2型达斡尔族的肠道没有达斡尔人那么黑年龄1daf-2型达尔斯。类dauer范畴等价于《天堂与鲁夫昆》(1998)“其他”是指不能归类为达斡尔族的动物,因为该动物很小,形态异常,或者已经死亡。

等位基因测序

基因组DNA来自pdk-1(mg142)、pdk-1(sa680)、和pdk-1(sa709)对菌株进行PCR扩增并直接测序。至少有两种不同的露头pdk-1(mg142)pdk-1(sa680)对菌株进行了测序。

cDNA特征

pdk-1a型基因结构通过cDNA测序得到确认(yk216b6由日本三岛国家遗传学研究所Y.Kohara提供)。pdk-1b型通过cDNA测序(yk478b12、yk499g8、yk551e8,由Y.Kohara提供)确认基因结构。基因的5′端由5′RACE(GIBCO)使用外显子4的基因特异性引物确定,假设两者都相同pdk-1a型pdk-1b型. Thepdk-1型5′RACE分析的消息是反式-与第一个蛋氨酸上游10 bp的SL1先导序列拼接。

RNA干扰

这个pdk-1型从yk478b12(Y.Kohara)扩增编码区并按所述制备RNA(Paradis和Ruvkun 1998). 准备akt-1型akt-2型按照说明进行RNA和注射(Paradis和Ruvkun 1998). 注射后,让蠕虫在20°C下恢复24小时,然后移到新鲜的盘子中,在适当的温度下产卵24小时。产卵后24小时对死卵进行评分,产卵后48小时对dauers或L4幼虫和成虫进行评分。对于仅在20℃下进行的分析,在20℃条件下进行第二次连续24小时产蛋并进行评分。我们发现akt-1型 + akt-2型N新鲜库存中的RNAi2秀丽线虫遗传中心和N2在我们实验室培养出来的表3本报告表2《天堂与鲁夫昆》(1998)]. 我们执行了akt-1型 + akt-2型在26°C下进行RNAi分析,以提高新N中分析的一致性2背景。我们怀疑,无论是修饰突变的存在还是孵化器内温度的波动都会影响Daf-c表型的外显率akt-1型+akt-2型RNAi。

pdk-1转基因株系的构建及转基因对dauer形成影响的评分

基因组DNA的9.2 kb PCR产物pdk-1型(+)基因组区域包含2.7kb的5′上游调控序列,6.1kb的编码序列包含内含子和外显子,0.4kb的pdk-1型使用QIAquick(Qiagen)纯化3′UTR,并以10 ng/μl的浓度注射ttx-3型::50 ng/μl的GFP(pPD95.75-C40H5-GFP O.Hobert,MGH和哈佛医学院)作为联合注射标记物(Mello等人,1991年).pdk-1(KD)以相同的方式构建和注射,不同之处在于使用PCR引物来引入K98N突变。一旦数组建立为野生类型,它们就被交叉成年龄1(mg44)背景。为了在野生型背景下对阵列进行评分,允许妊娠成虫在25°C下产卵3小时。所有动物在产卵后72小时进行评分。要在年龄1背景,允许妊娠成人在25°C下产卵5小时。所有动物在产卵后72小时进行评分。有关表中使用的类别的描述表4,4,请参阅“pdk-1(mg142)材料和方法的dauer地层分析部分。表中的数字表44代表两个独立的转基因株系的总数pdk-1(KD)(镁Ex464mgEx465)和三个独立的转基因株系pdk-1型(+) (mgEx467、mgEx468、和mgEx469)对于每个基因型。这个也一样pdk-1型构造被注入ttx-3型::GFP进入sa680标准sa709标准用于拯救Daf-c表型的菌株(挽救的1/2株系sa680标准和三分之三的线路获救sa709).

寿命测定

动物在20°C下生长至L4幼虫期,然后转移到含有400μ25°C下的氟脱氧尿苷(Sigma)。随后每1-3天对动物进行一次评分,并定期移动以保持生长条件无霉菌。如果用白金丝轻轻敲打动物的头部和尾部,它们没有反应,则被判为死亡。寿命定义为动物处于L4幼虫期的天数(t吨 = 直到动物被评分为死亡的那一天。一个t吨-进行测试以成对比较每个菌株的平均寿命。

PDK-1/GFP表达

PDK-1/GFP平移融合构建如下。基因组DNA的9-kb PCR产物pdk-1型基因组区域包括2.9kb的5′上游调控区和6.1kb的编码区,包括外显子和内含子,通过PCR在框架内融合到GFP中unc-54号机组pPD95.75的3′UTR PCR产物(马里兰州巴尔的摩华盛顿卡内基研究所A.Fire)。使用QIAquick(Qiagen)纯化PCR产物,并注射角色-6(pRF4,100 ng/μl)作为共射标记(Mello等人,1991年). 在紫外显微镜下,将蠕虫麻醉在5μNaN公司M9缓冲器,安装在2%琼脂糖垫上。三个独立的转基因株系(镁Ex479,镁Ex480、和mgEx481)对PDK-1/GFP的表达模式进行评分。

PDK1激酶活性测定

为了在hPDK1中产生Ala-277-Val替代,对Myc.hPDK1cDNA进行了定点突变(Quickchange,Stratagene)(Chou等人,1998年)使用以下引物:SP170 5′-CCAGCTTGTGGTGGTGATCCCCAC和SP171 5′-GTGGGTCCTACCACACTGG。为了测定hPDK1蛋白的蛋白激酶活性,使用磷酸钙法将编码Myc.hPDK1.K110N和Myc.hPD K1.A277V的cDNA瞬时转染到293T细胞中(Ausubel等人,1998年). 根据转染方案,细胞在Dulbecco改良的Eagle培养基(DMEM)中恢复48小时,DMEM补充有37°C温度下10%的热灭活胎牛血清和5%的湿化CO2大气。用冰镇磷酸盐缓冲盐水冲洗细胞单层两次,然后如前所述在1%NP-40裂解缓冲液中进行裂解(Chou等人,1998年). 使用单克隆抗Myc抗体和严格清洗的免疫沉淀物对HPDK1进行免疫沉淀(Chou等人,1998年). 使用2mg重组His标记的全长Akt/PKB进行激酶测定,在10μ铂族锡-3,4,5-P/100 μ磷脂酰丝氨酸和100μ磷脂酰胆碱(Chou等人,1998年). 通过添加SDS样品缓冲液停止激酶测定,蛋白质通过SDS-聚丙烯酰胺溶解。通过放射自显影法和Bio-Rad分子成像仪检测磷酸化Akt/PKB进行定量。在7.5%的SDS–聚丙烯酰胺凝胶上检测hPDK1的表达,转移到硝基纤维素上,并使用抗Myc抗体和ECL(Amersham)进行可视化。使用生物活性分子成像仪和等量的野生型hPDK1,hPDK1。K11ON和hPDK1。A277Val用于体外激酶测定。

致谢

我们感谢P.Delerme和Y.Liu提供的专家技术援助;Y.Kohara提供cDNA;O.Hobert和B.Reinhart为细胞识别提供帮助;J.Avruch,关于PDK1特别是胰岛素信号传导的讨论;J.Hogan帮助进行PDK1-PKA晶体结构比较;以及井上俊彦(T.Inoue)和鲁夫坤实验室的成员,以获得有用的建议和对手稿的批判性阅读。本研究中使用的一些菌株由秀丽线虫遗传中心,由国家研究资源中心支持。医学硕士是霍华德·休斯医学院的博士生研究员。这项工作得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予G.R.的RO1AG14161和授予A.T.的RO1 CA75134的资助。

这篇文章的出版费用部分由页面费支付。因此,根据《美国法典》第18卷第1734节,本篇文章必须标记为“广告”,以表明这一事实。

脚注

电子邮件ude.dravrah.hgm.odorf@nukvuR; 传真:(617)726-6893。

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文章来自基因与发育由以下人员提供冷泉港实验室出版社