結構生物化學/PTEN

磷酸酶和張力蛋白同源物 (PTEN) 是一種位於染色體 10 的 10q23 區域的腫瘤抑制基因，屬於蛋白酪氨酸磷酸酶 (PTP) 基因家族。它提供產生同名腫瘤抑制蛋白 (PTEN) 的遺傳指令 PTEN 蛋白參與訊號傳導途徑，該途徑會發出細胞停止分裂並觸發凋亡的訊號。 研究發現，PTEN 在多種型別的晚期癌症中經常被刪除。沒有 PTEN 的細胞具有更高水平的磷脂醯肌醇 3,4,5-三磷酸和蛋白激酶 B，這是一個阻止凋亡的訊號。該訊號也可能導致細胞週期繼續進行。 這兩種作用都是腫瘤細胞的特徵。PTEN 還透過抑制黏著斑來阻止細胞擴散，從而阻止轉移。如果生長的細胞在生長時無法附著在任何東西上，它們將無法存活並繼續擴散。

結構

人類 PTEN 的晶體結構。N 末端磷酸酶結構域為藍色，而 C 末端 C2 結構域為紅色。

PTEN 蛋白由 403 個氨基酸組成。它包含 HCXXGXXR 基序，這是 PTP 家族活性位點的特徵。在 190 個氨基酸的 N 末端，該蛋白類似於另外兩種蛋白，即張力蛋白和輔助蛋白。在 C 末端，有一個 220 個氨基酸的序列，其功能尚未確定，但已知這兩個結構域對於蛋白的正常活性及功能是必要的。 近期對 C 末端的研究讓科學家相信該區域對於 PTEN 的穩定性和酶活性是必要的。 在一項實驗中，刪除了 50 個氨基酸的尾部，並確認其對於穩定性是必要的。然而，具有被刪除尾部的 PTEN 蛋白的活性增加。磷酸化位點位於尾部，實驗結果表明 PTEN 的磷酸化狀態可能決定其活性水平。使用X 射線晶體學，已經確定了 PTEN 蛋白的晶體結構。研究表明，在結構中，磷酸酶結構域類似於蛋白磷酸酶，但它有一個擴大的活性位點，也能夠與磷酸肌醇底物相互作用。 磷酸酶結構域的這一特性是 PTEN 能夠使脂質去磷酸化的原因，而這對於它發揮腫瘤抑制基因的功能至關重要。 PTEN 還具有 C2 結構域，使該蛋白能夠與膜磷脂結合並阻止腫瘤細胞的生長。 體外研究表明，C2 結構域對磷脂膜具有親和力，這表明 C2 結構域可能負責將 PTEN 的催化結構域定位到細胞膜以與其相互作用。

發現

自 1980 年代以來，已有證據表明染色體 10 上存在一個腫瘤抑制基因。 細胞遺傳學和分子分析表明，在腦癌、膀胱癌和前列腺癌中，部分或全部染色體 10 都丟失了。 然後，LOH 分析被用來識別 10q23 區域，該區域是前列腺癌中最常丟失的區域。由於這一發現，進行了許多實驗來測試染色體 10 和 10q23 區域的作用。將野生型染色體重新引入腫瘤細胞中，結果會降低這些細胞在小鼠體內引起腫瘤的能力。然後，在 1997 年，Li 等人使用代表性差異分析 (RDA) 對乳腺腫瘤進行分析，從而生成一個與染色體 10q23 匹配的探針。 含有該探針的酵母人工染色體存在於序列標籤位點，被分離出來並幫助識別乳腺異種移植物中的缺失。然後，使用外顯子捕獲分析來識別兩個外顯子，這兩個外顯子創造了一個 403 個氨基酸的開放閱讀框，該閱讀框生成了一個蛋白，該蛋白在雞和牛中都具有同源區域。 另一個小組能夠透過對神經膠質瘤細胞系進行高密度掃描來識別染色體 10q23 上的相同候選腫瘤抑制基因。從這些掃描中發現，相同的缺失發生在整個細胞系中，並使用外顯子捕獲來識別該基因的外顯子。 一項單獨的研究尋找蛋白酪氨酸磷酸酶，使用 PCR 來識別該基因。與磷酸酶催化結構域結合的引物被用來篩選人類 cDNA 文庫並發現了 PTEN。科學家能夠確認該基因作為磷酸酶的作用。 據記載，PTEN 是在 1997 年正式發現的

功能

在整合素介導的訊號傳導中的作用

整合素是受體蛋白，參與細胞遷移和侵襲的訊號傳導。PTEN 與張力蛋白在結構上有共同特徵，張力蛋白是一種與整合素訊號複合物密切相關的細胞骨架蛋白。整合素參與腫瘤生長，因為惡性腫瘤細胞具有侵襲性和轉移性，並且透過與整合素家族細胞表面受體相互作用來執行這種行為 研究表明，黏著斑激酶 (FAK) 與整合素在黏著斑處共定位，FAK 可能在整合素觸發的訊號轉導途徑中發揮核心作用。 FAK 在侵襲性和轉移性腫瘤中表達增加，並且在整合素啟用時酪氨酸磷酸化後處於活性狀態。 研究表明，PTEN 與 FAK 相互作用並對其去磷酸化，從而阻止其導致整合素介導的細胞擴散、遷移、侵襲和細胞骨架組織。 PTEN 的功能是抑制 FAK，從而阻止腫瘤生長和擴散的進展。

細胞凋亡

PTEN 也可能在細胞凋亡中發揮作用，但這種作用並非在所有細胞型別中都普遍存在。 凋亡 是一種細胞透過基因決定其是否進行細胞自毀的過程。它是由刺激的存在或刺激或抑制劑的去除而啟用的 這是一個正常過程，可以消除受損的 DNA 或不需要的細胞。當這個過程停止時，它可能會導致不受控制的細胞生長和腫瘤形成。體內研究表明 PIP-3 是 PTEN 的主要底物。PIP-3 受生長因子的刺激，如果膜上積累了 PIP-3，那麼它就開始募集蛋白質與之結合。 Akt 是這種募集的目標之一，是一種眾所周知的生存因子，它透過阻止細胞凋亡所需的基因釋放來防止細胞凋亡。因此，PTEN 的作用是調節 PIP-3 的水平並保持其水平較低。在小鼠模型中，已經觀察到 PTEN 的缺失會導致 PIP-3 和 Akt 過度啟用，這對細胞存活和增殖有顯著影響。

DNA 損傷修復

已經觀察到，當小鼠胚胎成纖維細胞中的 PTEN 被刪除時，會導致自發的 DNA 雙鏈斷裂，這些斷裂無法被細胞修復。 據信 PTEN 作用於染色質並調節 Rad51，Rad51 是防止自發雙鏈斷裂的基因。 其他人則認為，無論 PTEN 是否存在，DNA 雙鏈斷裂的感知和修復都是一樣的。然而，這些實驗使用不同的細胞系，因此 PTEN 在控制 DNA 雙鏈斷裂中的作用可能取決於細胞系和使用的分析方法。 需要進行更多研究以確定 PTEN 的確切作用。PTEN 參與 DNA 損傷修復的另一種可能是透過核苷酸切除修復 (NER) 途徑，這是一種在真核生物中高度保守的途徑，負責修復由紫外線引起的 DNA 損傷。已經觀察到，暴露於低亞紅斑紫外線輻射的 PTEN 下調的小鼠更容易發生皮膚腫瘤發生，在人類中，PTEN 在癌前和惡性皮膚病變中被下調。 據信 PTEN 負責促進角質形成細胞中 XPC 的轉錄。XPC 是 NER 途徑的關鍵蛋白，如果沒有它，受損 DNA 的修復就無法進行。另一個發現 PTEN 參與其中的相互作用是與 Chk1 的相互作用，Chk1 是細胞週期檢查點途徑中重要的訊號轉導器，對於 DNA 複製停滯後細胞週期的繼續至關重要。 即使 Chk1 調節 PTEN，PTEN 水平也可能對 CHk1 產生影響。已經觀察到 PTEN 的缺失會導致 Chk1 介導的檢查點啟用受損。PTEN 也可能與另一個腫瘤抑制因子 p53 協同發揮作用。位於細胞核中的 PTEN 可能與 p53 相互作用，以在氧化損傷後阻止細胞。 已經發現 PTEN 透過控制 p53 的 DNA 結合活性來發揮調節作用。PTEN 的上調會增加 p53 的水平，導致 G2/M 阻滯和細胞凋亡。

作為腫瘤抑制因子

由於 PTEN 的主要功能是抑制細胞生長併發出細胞凋亡訊號。 它主要透過去磷酸化作為細胞生長和存活訊號的磷脂來發揮作用。透過抑制這些磷脂（如 PIP3），PTEN 的功能是阻止細胞進行任何進一步的活動。 透過保持 PIP-3 水平較低，PTEN 能夠調節細胞的生長和增殖，並防止它們變成癌細胞。PTEN 負責其腫瘤抑制特性的結構成分是它作為脂質磷酸酶的活性。在一個實驗中，PTEN 的脂質磷酸酶活性被消除，而蛋白質磷酸酶活性保持完整。當野生型 PTEN 和突變型 PTEN 被引入 PTEN 缺失的膠質母細胞瘤細胞系中時，具有野生型 PTEN 的細胞顯示出誘導的生長抑制，而具有突變型 PTEN 的細胞沒有顯示出這樣的結果。