吴迪
（哈尔滨师范大学生命科学学院，黑龙江 哈尔滨 150025）
【摘要】小G蛋白Ran作为一个信号分子家族，具有介导核浆转运，调控有丝分裂纺锤体的形成，有丝分裂后期核膜的重组，DNA复制的起始，细胞周期等功能。Ran小G蛋白对核浆转运的研究主要集中在：核浆转运过程中有哪些蛋白质及信号分子的参与，在生物学和相关疾病中的应用等。本文总结了Ran小G蛋白及其效应分子在核浆转运方面的研究内容，并简要阐述了小G蛋白Ran介导的核浆转运异常与相关疾病的发生。
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关键词 Ran；核浆转运；Karyopherins；核孔复合体；相关疾病
小G蛋白Ran是Drivers等[2]发现在人畸胎瘤cDNA中存在并分离纯化获得，鉴定为人类肿瘤发生相关的蛋白，又称为TC4蛋白，分子大小为24KD，属于Ras家族，其他主要的家族成员还有Ras、Rho、Rab、Arf。小G蛋白Ran像其他成员一样调控多种细胞生理过程，相较于其他家族成员Ran蛋白含有特有的酸性C末端DEDDL，主要分布在细胞核内发挥生物学作用。小G蛋白Ran介导核浆转运的研究主要集中在，有哪些蛋白参与，分别起什么作用以及与相关疾病发生的关系。
1 小G蛋白Ran核浆转运过程重要的组成成分
在真核生物中，RanGTPase系统在调节核输入与输出中扮演中心角色。Ran以极其特别的GDP和GTP绑定形式通过蛋白质的相互转换来调节输入与输出。核浆转运是一个有规律的过程，包括许多重要的组成成分，RanGTPase，karyopherins(运输蛋白)，核孔蛋白等[3]。
1.1 RanGTPase
作为GTP酶，有两种底物结合形式活化的RanGTP和非活化的RanGDP形式。两种形式的相互转换完成货物的核浆转运。这个过程的完成需要两种调节蛋白的作用——RanGEF(Guanire Exchange Factor)和RanGAP(GTPase Activating Protein)。RanGEF刺激RanGTPase由GDP形式转变为GTP形式，RCC1是目前为止，我们知道的唯一一个鸟嘌呤转换因子。在RCC1的作用下GDP的释放速率增加了105倍[3]。由于这个原因在细胞中GTP的含量比GDP丰富，这种现象被我们称为RanGTP梯度，这是细胞核输入和输出的基本要素。低RanGTP集中区在细胞质，输入蛋白受体像importinα和β绑定到货物的核定位信号上，而核中高的RanGTP集中区，由RanGTP，输入受体和输出货物构成的输入复合物装配。当细胞质输入复合物到达细胞核，核RanGTP绑定到importinβ，使货物从输入受体分离，完成输入蛋白循环。在反方向上，输入复合物从核离开进入细胞质，导致RanGTP通过RanGAP1催化发生水解作用，货物从Ran和输出受体上分离。RanGAP在RanBP1和RanBP2/Num358的辅助下使RanGTPase由GTP水解为GDP形式[4]。
1.2 Karyopherins
一种可溶的运输蛋白超家族，按功能分可分为两个亚组——importins用于输入进核，exportins用于输出核。Karyopherins有3个功能域包括：①Ran结合域在N端；②核孔蛋白结合域位于中间；③货物结合域位于C端。在importins家族中importinα和importinβ是研究的最广泛的两个成员。在exportins家族中，Crm1(transporter of NES-containing cargo)，exportin-t和CAS是研究最广泛的两个成员。人类的importin13和酵母中的Msn5p被研究认为不只参与特定的核输出蛋白的过程也参与不同组蛋白的核输出。
1.3 核孔复合体
镶嵌在内外核膜融合形成的核孔上，在不同的物种中有很强的同源性，它的整个结构在进化上是高度保守的。核孔复合体对于垂直于核膜通过核孔中心的轴呈辐射状八重对称结构，而相对于平行于核膜的平面则是不对称的。即核孔复合体在核质面与胞质面两侧的结构明显不对称，这与其功能上的不对称性是一致的。核孔复合体主要是由蛋白质构成，其中gp210与p62是最具有代表性的两个成分，gp210代表一类结构性膜蛋白，是第一个被鉴定出来的核孔复合体蛋白，它在锚定核孔复合体的结构上起重要作用。p62代表一类功能性的核孔复合体蛋白，它对核孔复合体行驶正常的功能非常重要[1]。
2 小G蛋白Ran介导的核浆转运的过程
在细胞核中，RanGTP与Crm1的结合诱导包含货物的核输出信号与Crm1结合，形成一个三聚体复合物。这个复合物横向通过核蛋白复合物进入细胞质后，RanGAP马上使RanGTP形式水解为RanGDP形式，同时Crm1与Ran分离，货物释放到细胞质中，留下自由的Crm1与RanGDP循环使用。在细胞质中，RanGDP与NTF2（核转录因子2）相互作用通过NTF2复合物与核孔蛋白中的纤维蛋白原相互作用进入细胞核，一进入细胞核浆，RanGDP通过RCC1的作用组装GTP，这个循环循环往复完成物质的核浆转运。
3 小G蛋白Ran核浆转运异常与相关疾病的研究进展
3.1 与肿瘤发生和癌症靶目标治疗
据研究[8]发现Ran在癌细胞链和肿瘤组织中的mRNA和蛋白质水平与正常组织部分相比较高表达。经历了PI3K/Akt/Mtorc1和Ras/MEK/ERK途径超活化幸运存活下来的细胞需要Ran的表达。Ran是少有的可以作为乳房，肺，卵巢癌和肾细胞癌预后标记的蛋白分子。例如，进一步研究显示，有Ran功能的蛋白质伙伴可以表明细胞的进程，可能大体上被用作靶目标，改善浆液性上皮性卵巢癌幸存者的处境。
3.2 与早年衰老综合征
通过控制核运输复合物的组装与拆卸成为核浆转运的主要调控者。在稳定的状态下，Ran在核中是高度集中的。研究显示核/胞浆中的Ran在早年衰老综合症肌纤维细胞中的分布是被扰乱的，这种现象导致核纤层蛋白A形成的早老蛋白，成为在易位启动区蛋白质的核输入中的主要毛病，但进一步研究发现早老蛋白没有引起整体核输入的抑制。早老蛋白抑制异位启动区输入，在早老蛋白综合症中发生大个蛋白货物的运输对于Ran在核/浆分配的变化敏感。在核功能中有重要功能作用的大蛋白的有缺陷输入可能促成早年衰老蛋白与疾病相关的遗传表型。
3.3 与血管增生性疾病
越来越多的证据显示RanGTPase循环组件在管理核孔蛋白表达选择分化还是增值这样一个基本问题中扮演者重要角色。分化与去分化在血管增生性疾病表型的发育上起着关键的作用，如心瓣手术后的再狭窄。研究通过在小鼠颈动脉泡沫化损伤模型中进行的内膜增生形成和再狭窄实验，结果显示RanGAP1在平滑肌细胞的分化、迁移和增值中扮演着关键的作用。适当的调节RanGAP1的表达可能成为一个调节血管增生性疾病像心瓣手术后再狭窄发展的策略。
4 小结
Ran是一种广泛存在于细胞核内的小分子GTP，以RanGTP和RanGDP的形式在细胞核和细胞浆间循环，需要RanGTPase，Karyopherins，核孔蛋白等协助完成，小G蛋白 Ran在核浆转运中的正常循环调控细胞分裂间期，STAT3细胞信号传导，荧光素酶基因mRNA等多种生物学功能，同时也为多种癌症、早衰、外周神经逆行损伤信号局部调节、HIV-1等多种疾病中起着积极的作用，为研究多种疾病的治疗提供了新的研究方向。
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参考文献
［1］翟中和，王喜忠，丁明孝.细胞生物学[M].2008，1：310-317.
［2］Eishi Noguchi, Nobutaka Nakashima, Naoyuki Hayashi, et al. Putative GTPase Gtr1p genetically interacts with the RanGTPase cycle in Saccharomyces cerevisiae [J].Journal of Cell science,1996,109：2311-2318.
［3］Ki Lui and Ying Huang. RanGTPase: A Key Regulator of Nucleocytoplasmic Trafficking [J].Mol Cell Pharmacol, 2009,1(3):148－156.
［4］Petra Mühlhausser and Ulrike Kutay. An in vitro nuclear disassembly system reveals a role for the RanGTPase system and microtubuledependent steps in nuclear envelope breakdown [J].The Journal of Cell Biology，2007，8：595－610.
［责任编辑：薛俊歌］