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编号:10215671
人早幼粒白血病HL-60细胞蛋白激酶CK2的研究
http://www.100md.com 《广东医学院学报》 1999年第1期
     作者:翁 云 徐美亦 梁念慈

    单位:广东医学院医用生化研究所,湛江 524023

    关键词:蛋白激酶;CK2;HL-60细胞;性质

    广东医学院学报JOURNAL OF GUANGDONG MEDICAL COLLEGE1999年 第17卷 第1期 Vol 摘要 目的:研究人早幼粒白血病HL-60细胞蛋白激酶CK2的性质.方法:经二次DE-52离子交换纤维素柱,一次肝素-Sepharose48亲和层析柱纯化后的CK2(纯化了139倍,回收率为11.8%),以[γ-32P]ATP和[γ-32P]GTP为磷酸供体,以去磷酸化酪蛋白为底物,对其性质进行研究.结果:Ca2+、cAMP、cGMP等第二信使对HL-60细胞的CK2活性无显著影响.肝素抑制CK2活性,而精胺激活CK2,肝素与精胺对CK2的作用在一定浓度范围内呈剂量依赖性.对CK2的动力学研究测得其米氏常数Km(GTP)为34.0 μmol/L.结论:CK2是一种不依赖于Ca2+、cAMP、cGMP等第二信使的蛋白激酶,肝素是其抑制剂,精胺是其激活剂.
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    Study on protein kinase CK2 from HL-60cells

    Weng Yun,Xu Meiyi,Liang Nianci

    Institute of Medical Biochemistry,Guangdong Medical College,Zhanjiang 524023

    Abstract Objective:To tudy the characterization of CK2 from HL-60 cells.Methods:CK2 was purified from HL-60 cells by double chromatography of DE-52 and a heparin-sepharose 4B affinity column(the procedure resulted in a 139-fold purification of the kinase activity with a yield of 11.8%).CK2 activity was detected by using[γ-32P]ATP or[γ-32P]GTP as phosphoryl donor and dephosphated casein as substrate . Results:CK2 activity was not affected by Ca2+,cAMP and cGMP.Hepar in inhibited CK2 activity with low concentrations and spermine stimulated CK2 activity effectively.Using dephosphated casein(2g/L)as substrate,the Km of CK2 for GTP was 34.0 μmol/L.Conclusion:CK2 from HL-60 cells is a kinase independent of the second messengers such as Ca2+,cAMP and cGMP.Heparin is the inhibitor of CK2,and spermine is the activator of CK2.
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    Key words:protein kinase CK2;HL-60 cells;characterization

    蛋白激酶CK2(又名酷蛋白激酶Ⅱ)是一类广泛存在于真核生物体内,具有多种生物功能的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶.CK2结构保守,由两个催化亚基(a和a’)和两个调节亚基(β)构成,全酶分子量约130 000Mr.目前已知的在体外以酷蛋白为底物的激酶中,只有CK2是既可用ATP又可用GTP为磷酸供体的蛋白激酶.某些在细胞生长,代谢,蛋白质和核酸合成,细胞转化过程中起重要作用的蛋白,某些原癌基因产物和抗癌基因产物均为CK2的磷酸化底物.CK2在胚胎细胞和肿瘤细胞中的含量比正常细胞多十几倍.有文献认为CK2基因是一种原癌基因,其过度表达可引起细胞癌变[1~3].为了研究CK2在白血病发生过程中的作用,本课题组部分分离纯化了人早幼粒白血病HL-60细胞中的CK2,并对其生物活性及功能进行了研究.

    1 材料和方法
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    1.1 材料 HL-60细胞由北京军事医学科学院惠赠;PRMI-1640培养基系Gibco公司产品;P81磷酸纤维素滤纸系waltman公司产品;肝素,精胺和GTP系Sigma公司产品;酪蛋白系ICN公司产品;[γ-32P]ATP和[γ-32P]GTP系北京亚辉生物医学工程公司产品;其余试剂为国产分纯.IS6000c型液闪计数仪系Beckman公司产品;CO2孵箱系Precision公司产品.

    1.2 方法

    1.2.1 细胞培养HL-60细胞在含10%灭活小牛血清,100U/mL青霉素和100U/mL链霉素的PRMI-1640完全培养基中,置37°C,CO2体积分数为5%,饱和湿度的孵箱内培养.在细胞数达1×106/mL之前用完全培养基重新悬浮,并以1∶3的比例传代,取对数生长期细胞进行实验.
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    1.2.2 HL-60细胞CK2的分离纯化 参考Litchfield、Renart等人的方法[3,6].18mL HL-60细胞的酶粗提液上到事先用Buffer G(20 mmol/L Tris-HCl,2 mol/LEDTA,1mmol/L EGTA,5 mmol/L β-巯基乙醇,0.5 mmol/L PMSF,10 mg/L Leupeptin,pH 7.4)平衡的DE-52离子交换纤维素柱(1.0×20 cm),用100 mL Buffer G 洗涤后,进行NaCl0~0.5 mol/L(在Buffer G 中)的浓度梯度洗脱,收集洗脱液,每管8 mL,测各管CK2活性.收集有CK2活性的洗脱液,经透析过夜(换液2次)去除盐离子后,再上第二次 DE-52离子交换纤维素柱(1.0×15 cm,预先用含0.05mol/L buffer G 平衡),用80 mL含0.05 mol/L NaCl的Buffer B 洗涤后,再用含0.05~0.5 mol/L NaCl的Buffer G 进行浓度梯度洗脱,收集洗脱液,每管5 mL,测各管CK2活性,活性峰经透析后上到肝素-Sepharose 4 B柱(0.7×7 cm,预先用含0.1 mol/L NaCl的Buffer G平衡),用含0.1 mol/L Buffer G 洗涤后,再进行0.1~1.0 mol/L NaCl浓度梯度洗脱(在buffer G 中),收集洗脱液,每管3 mL,测CK2活性,将具有最高活性的一管透析并用聚乙二醇浓缩后存放于4°C,用于酶性质研究.
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    1.2.3 CK2活性测定[4] 部分去磷酸化的酪蛋白按Hathaway的方法制备[5]。反应混合物中含50 mmol/L Tris-HCl,pH7.2,150 mmol/L KCl,10 mmol/L MgCl2,0.2 g/L牛血清白蛋白,50μmol/L[γ-32P]ATP(50 dpm/pmol)或[γ-32P]GTP(50 dpm/pmol),2 g/L去磷酸化酪蛋白,总体积为50μL,反应温度为30°C.反应以加入5μL纯化的CK2酶液开始,10min后取0μL反应液直接滴于一张直径为2.5cm的P81磷酸纤维滤纸上而终止反应.滤纸经10%三氯乙酸洗涤6次后,阴干,加闪烁液进行液闪计数.酶活力单位定义:每分钟催化1 pmol[γ-32P]GTP或[γ-32P]ATP上的32P转移到去磷酸化酪蛋白上所需的酶量.

, http://www.100md.com     1.2.4 Ca2+、cAMP、cGMP、肝素、精胺等对CK2活性影响5mmol/L Ca2+、10μmol/L cAMP、10μmol/L cGMP、0.5~8.0 mg/L的肝素、0.625~2.5 mmol/L精胺分别与CK2共同反应10 min(30°C),以ATP或GTP为磷酸供体,按1.2.3的方法测定CK2活性.

    1.2.5 CK2米氏常数测定 固定去磷酸化酪蛋白的量(2 g/L),改变GTP的浓度(12.5,25,50,100 μ mol/L)测其反应速度,采用Hanse-Wolf作图法,求出CK2的Km(GTP)值.

    1.2.6 统计学处理 本文数据资料采用Graphpad软件公司的prism软件进行处理.

    2 结果与讨论

    2.1 Ca2+、cAMP、cGMP等第二信使对CK2活性影响 反应混合物中分别加入5 mmol/L Ca2+、10μmol/L cAMP、10μmol/L cGMP与CK2在30°C反应10 min,无论以ATP还是GTP为磷酸供体进行测定,CK2活性与对照组相比差异均不明显(表1,2),这与文献报道的CK2是一种不依赖Ca2+、cAMP、cGMP等第二信使的蛋白激酶相一致[6],从我们实验结果还可看到,以富含碱性氨基酸的蛋白质为CK2底物时,测得的CK2活性只有以酪蛋白为底物时的3.8%(ATP)和28.8%(GTP),即CK2不易使碱性蛋白质磷酸化,这是因为:虽然各种CK2底物被磷酸化的位点各不相同,但大部分底物的CK2结合位点通常位于蛋白的C-末端,在被磷酸化的Ser/Thr残基的氨基酸顺序下方有一富含谷氨酸/天冬氨酸等酸性氨基酸残基的结构:-X-S/T-X-E/D-,用人工合成的含有这些氨基酸残基的多肽做实验证明,这个片段对于提高CK2底物的磷酸化水平非常有用[7].
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    表1 以ATP为磷酸供体,酪蛋白为底物测定Ca2+、cAMP,cGMP等第二信使对CK2活性的影响 (±s) 反应物

    CK2酶活性(U/L)

    ①对照组(1)

    22496±1441

    ②Ca2+(5 mmol/L)

    22308±2456

    ③cAMP(10 μ mol/L)

    24957±988
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    ④ cGMP(10 μ mol/L)

    20718±1238

    ⑤组蛋白(2 g/L)

    867±379

    (1):对照组与实验组均重复3次实验,对照组只加CK2酶液和H2O

    P<0.0001; ①与②比P>0.05; ①与③比P>0.05;

    ①与④比P>0.05; ①与⑤比P<0.01

    表2 以GTP为磷酸供体,酪蛋白为底物测定Ca2+,cAMP,cGMP等第二信使对CK2活性的影响 (±s) 反应物
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    CK2酶活性(U/L)

    ①对照组(1)

    10680±354

    ②Ca2+(5 mmol/L)

    10512±1346

    ③cAMP(10 μ mol/L)

    11210±1123

    ④ cGMP(10 μ mol/L)

    10412±490

    ⑤组蛋白(2 g/L)
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    3074±242

    (1):对照组与实验组均重复3次实验,对照组只加CK2酶液和H2O

    P<0.0001; ①与②比P>0.05; ①与③比P>0.05;

    ①与④比P>0.05; ①与⑤比 P<0.01;

    2.2 肝素对CK2的抑制作用 不同浓度的肝素与CK2在30°C共同保温10min,无论以ATP还是GTP作为磷酸供体,CK2酶活性均受强烈抑制,这种抑制作用在一定浓度范内呈剂量依赖关系.以GTP为磷酸供体时测得的肝素对CK2活性抑制作用强于以ATP为磷酸供体时测得的值(图1).

    ρ肝素/(mg*L-1)
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    图1 以不同磷酸供体测定肝素对CK2活性影响的比较

    -■-以GTP为磷酸供体 -●-以ATP为磷酸供体

    2.3 精胺对CK2的激活作用 以酪蛋白为底物时,不同浓度的精胺(0.625~2.5mmol/L)与HL-60细胞的CK2在体外30°C共同保温10min后,无论以ATP还是GTP为酸供体,CK2酶活力与对照组相比均有不同程度的提高,以GTP为磷酸供体时测得的精胺对CK2活性激活作用强于以ATP为磷酸供体时测得的值(图2).精胺对 CK2的用较为复杂,一般情况下它可激活CK2,但是有时它却抑制CK2的活性,这与CK2磷酸化的底物有关[7].

    C精胺/(mmol*L-1)
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    图2 以不同磷酸供体测定精胺对CK2活性影响的比较

    -●-以GTP为磷酸供体 -■-以ATP为磷酸供体

    2.4 CK2的米氏常数Km(GTP) CK2酶反应速度以每分钟CK2活性变化的量U来表示。以GTP浓度为横坐标,以GTP浓度与CK2酶反应速度的比值为纵坐标作图,经直线归后求出当酪蛋白浓度(2 g/L)不变时,CK2的Km(GTP)值为34.0 μ mol/L(图3),与从兔的网状红细胞中提取的CK2 Km(GTP)值(40.0 μ mol/L)相似,比从Dictyostelium discoideum纯化的CK2 Km(GTP)(80.0 mol/L)小了一倍以上.这表明种属愈相近,CK2的性质愈接近,也证实了CK2是一种高度保守的管家蛋白[8].

    CGTP/(μmol*L-1)
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    图3 Hanse-Wolf作图法求CK2 Km值

    关于CK2的研究在国外已有报道,但国内尚未见这方面的研究报道.本课题组已证实HL-60细胞中有较高活性的CK2,并对该激酶的一些性质进行了研究.作为一新的原癌基因,其在HL-60细胞发生发展过程中的作用尚未明了,有待于进一步研究.

    基金项目:广东省自然科学基金资助项目(940586)

    3 参考文献

    1 Allende JE,Allende CC.Protein kinase CK2:An enzyme with multiple substrates and a puzzling regulation.FASEB J,1995,9:313~23

    2 Seldin DC,Philip L.Casein kinase Ⅱ a transgene induced murine lymphoma:Relation to theileriasis in cattle.Science,1995,67:894~897
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    3 Litchfield DW,Lozeman FT,Piening C.Subunit structure of casein kinase Ⅱ from bovine testis.J Bio Chem,1990,261:7638~7644

    4 Kommercorn J,Krebs G.Induction of casein kinase Ⅱ during differentiation of 3T3-L1 cells.J Bio Chem,1987,262:3839~3843

    5 Hathaway GM,Traugh JA.Casein kinase-multipotential protein kinase.Curr Top Cell Regul,1982,7:101~128

    6 Renart MF,Satre L,Sebastian J.Purification aid properties of a cAMP-independent nuclear protein kinase from dictystelium discoideum.Eur J Biochem,1984,140:47~50

    7 Bordin L,Cattapan F,Clari G,et al.Spermine-mediated casein kinase Ⅱ-uptake by rat liver mitochondria.Biochemica et Biophysica Acta,1994,1199:266~270

    8 Hathaway GM,Traugh JA.Cycle nucleotide-independent protein kinase from rabbit reticulocytes.J Bio Chem,1979,254:762~768

    收稿日期:1998-11-04, 百拇医药