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编号:10286668
阿尔茨海默病淀粉样前体蛋白可与低密度脂蛋白受体相关蛋白6直接作用
http://www.100md.com 《首都医科大学学报》 2000年第4期
     作者:常磊 马康涛 张蘅

    单位:北京大学基础医学院生物化学与分子生物学系,北京 100083

    关键词:阿尔茨海默病;淀粉样β蛋白前体;代谢;低密度脂蛋白受体相关蛋白;脂蛋白类;LDL

    北京医科大学学报000424 [摘 要] 目的:研究低密度脂蛋白受体相关蛋白6(low density lipoprotein receptor related protein6, LRP6)的胞内代谢及其与淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein, APP)的相关性。方法:构建含有APP羧基端106个氨基酸的融合表达质粒,用酵母双杂交系统筛选人胎脑cDNA文库。结果:发现LRP6的羧基端可以和含有β淀粉样蛋白和胞内区的APP片段相互作用。结论:使与AD相关的两个重要蛋白载脂蛋白E和APP联系起来,并提示LRP6可能在APP的代谢和β淀粉样蛋白的产生中起重要作用。
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    [中图分类号] R743.1 [文献标识码] A [文章编号] 1000-1530(2000)04-0366-03

    Amyloid precursor protein of Alzheimer disease can interact

    with low density lipoprotein receptor related protein 6

    CHANG Lei

    (Department of Biochemistry and Molecular Biology, Peking University, Beijing 100083, China)

    MA Kang-Tao

    (Department of Biochemistry and Molecular Biology, Peking University, Beijing 100083, China)
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    ZHANG Nai-Heng

    (Department of Biochemistry and Molecular Biology, Peking University, Beijing 100083, China)

    ABSTRACT Objective:

    To investigate the metabolism of low density lipoprotein receptor related protein 6 (LRP6) and its interactions with amyloid precursor protein(APP). Methods: A fusing expressed plasmid, which contains the 106 amino acids at the carboxyl terminal of APP, was constructed. Screening against human embryo brain cDNA library by two-hybrid system was performed. Results: Low density lipoprotein receptor related protein6 (LRP6) was found to interact with the carboxyl terminal of APP. Conclusion: This finding links the two Alzheimer disease (AD) related genes, apolipoprotein E (apoE) and APP together, indicating that LRP6 may play an important role in the metabolism of APP and production of β-amyloid protein (Aβ).
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    KEY WORDS Alzheimer disease; Amyloid beta-protein precursor/metab; Low density lipoprotein receptor related protein; Lipoproteins, LDL

    (J Beijing Med Univ, 2000,32:366-368)

    阿尔茨海默病(Alzheimer disease, AD)是威胁老年人群健康的重要疾病之一。淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein, APP)基因、Presenilin-1(PS1)、Presenilin-2(PS2)和apoE基因等与AD有关[1]。β淀粉样蛋白(β-amyloid protein, Aβ)是APP的代谢产物,它在AD发病过程中有重要毒害作用。低密度脂蛋白受体相关蛋白(low density lipid related protein, LRP)是体内一类多配基受体,载脂蛋白E(apolipoprotein E, apoE)、 sAPP、α-微球蛋白等都是其配基。LRP也是AD发病的危险因素之一[2]
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    无论是APP的代谢,分泌,还是细胞内信号传导,其作用基础都是蛋白-蛋白间的相互作用。为此,我们设计利用APP羧基末端106个氨基酸片段,这一段包括胞内区和完整的Aβ片段,用酵母双杂交系统筛选人胎脑cDNA文库,寻找能和其相互作用的蛋白,希望能为APP的代谢、信号传导研究寻找新线索。结果发现LRP6可与其相互作用,并且这种相互作用局限于特定的肽段。

    1 材料与方法

    1.1 材料

    two-hybrid system 的质粒和菌株购自Clontech,引物由生工生物公司合成,酵母培养基购自DIFCO,Rafnose购自Sigma,测序试剂盒为Promega产品,同位素为亚辉公司产品,内切酶、Taq 酶为华美公司产品,其它试剂为国产分析纯试剂。

    1.2 方法
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    1.2.1 含APP羧基端106个氨基酸的表达载体构建及测序 引物设计:上游5′-TTG GAT CCA GGA GAT CTC TGA AGT-3′,下游5′-TTG TCG ACT AGT TCT GCA TCT GCT CAA-3′。从APP cDNA中利用PCR扩增出约330 bp 的片段,插入pUC18质粒,利用引物中的Bam HI和Sal I位点,将片段定向克隆入载体pEG202,构建质粒pEG202-CT106。测序引物为5′-GTC AGA TCT TTA GAC AAC ACC GCC CAC CAT-3′。

    1.2.2 转化酵母并筛选文库 利用LiAc法,将质粒pEG202-CT106、pSH18-34转入酵母株EGY48,在营养缺陷培养基hisura的平皿上培养。再将含人胎脑cDNA文库的质粒pJG4-5转入已含有质粒pEG202-CT106、pSH18-34的酵母株EGY48。最终转化克隆数为1.07×107,在缺陷培养基his-ura-trp-leu-Gal+Raf+的平皿上筛选克隆。30℃培养4~6 d,直径大于1 mm的为阳性克隆。
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    1.2.3 阳性克隆的测序 挑取阳性克隆,分离质粒,电穿孔法转化JM109菌株,酶切筛选获得含cDNA的pJG4-5质粒,测定阳性克隆的序列,测序引物上游5′-TGC CTC CTA CCC TTA TGA TGT G-3′,下游5′-GAC AAG CCG ACA ACC TTG ATT GGA G-3′。

    1.2.4 假阳性的去除 将从阳性克隆中获得的含cDNA的质粒,报告质粒pSH18-34和pEG202-CT106重新转化酵母EGY48,取10个克隆在含0.1 mol.L-1葡萄糖的缺陷培养基his-ura-trp-leu-平皿上检测葡萄糖对LEU2报告基因激活的抑制作用,在含0.1 mol.L-1半乳糖和0.02 mol.L-1棉籽糖的缺陷培养基his-ura-trp-leu-验证LEU2的激活,并检测对lacZ报告基因的激活作用。以上3种作用缺乏任何一种则为假阳性。
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    1.2.5 APP羧基端66氨基酸表达载体的构建 同1.2.1,上游引物为5′-TTG GAT CCT CAT GGT GGG CGG TGT T-3′。获得pEG202-CT66质粒。

    1.2.6 LRP6的删除突变 筛选文库获得阳性克隆pJG-LRP6CT347,利用LRP6羧基末端编码区的Xho I位点和载体上的Xho I 位点,删除羧基端173个氨基酸,获得pJG-LRP6CT174质粒。

    1.2.7 确定相互作用的蛋白区域 将构建的质粒分4组转化酵母EGY48 分别是pEG202-CT106+pJG-LRP6CT347; pEG202-CT106+pJG-LRP6CT174; pEG202-CT66+pJG-LRP6CT347; pEG202-CT66+pJG-LRP6CT174;检测其对LEU2和LacZ基因的激活。

    1.2.8 分析测序 利用GenBank搜索同源序列,分析测序结果。
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    2 结果

    含APP羧基端106氨基酸的质粒pEG202-CT106酶切图谱见图1。酵母双杂交筛得的阳性克隆106-14测序结果如下:

    TCAATTTCCC CCGTGGCTTG GCGGTGCGAT GGGTTTACTG

    AATGTGAAGA CCACAGTGAT GAACTCAATT GTCCTGTATG

    CTCAGAGTCC CAGTTCCAGT GTGCCAGTGG GCAGTGTATT

    GATGGTGCCC TCCGATGCAA TGGAGATGCA AACTGCCAGG

    ACAAATCAGA TGAGAAGAAC TGTGAAGTGC TTTGTTTAAT
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    TGATCAGTTC CGCTGTGCCA ATGGTCAGTG CATTGGAAAG

    CACAAGAAGT GTGATCATAA TGTGGATTGC AGTGACAAGT

    CAGATGAACT GGATTGTTAT CCGACTGAAG AACCAGCACC

    ACAGGCCACC ……

    M, λDNA/Hind Ⅲ marker;

    1, pEG202-106/BamH I+Sal I;

    2, pEG202/BamH I+Sal I.
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    图1 pEG202-CT106的构建

    Figure 1 Construction of pEG202-CT106

    含有此序列的克隆在0.1 mol.L-1葡萄糖的培养基中LEU2基因完全不能表达,不能在缺乏亮氨酸的培养基上生长;在0.1 mol.L-1半乳糖,0.02 mol.L-1棉籽糖为糖源的情况下LEU2基因表达,能在缺乏亮氨酸的培养基上生长。在0.1 mol.L-1半乳糖,0.02 mol.L-1棉籽糖为糖源的情况下LacZ基因表达,α-半乳糖苷酶可以分解X-gal,呈现蓝色,结果见图2。说明APP的羧基端106个氨基酸和该克隆肽段之间存在一定的蛋白-蛋白相互作用。
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    A, inhibition of LEU2;

    B, activation of LEU2;

    C, activation of LacZ.

    图2 LEU2和LacZ报告基因的激活

    Figure 2 Activation of LEU2 and LacZ report gene

    质粒pJG--LRP6CT347和pJG--LRP6CT174 的酶切图谱见图3。

    M, λDNA/Hind Ⅲ marker;

    1, pJG-LRP6CT347/EcoR I+Xho I;
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    2, pJG-LRP6CT174/EcoR I+Xho I.

    图3 pJG-LRP6CT174的构建

    Figure 3 Construction of pJG-LRP6CT174

    4组质粒在酵母菌中对LEU2、LacZ基因的激活结果见表1,表明蛋白相互作用局限于LRP6的1266-1440肽段和APP695的羧基端106 氨基酸之间。

    表1 APP和LRP6不同区域间的相互作用

    Table 1 Interaction between different domains of APP and LRP6 Group

    Plasmid
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    Number of

    clones

    Activated clones

    of LEU2

    Activated

    clones of lacZ

    1

    pEG202-CT106+pJG-LRP6CT347

    10

    10

    10

    2
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    pEG202-CT66+pJG-LRP6CT347

    10

    0

    0

    3

    pEG202-CT106+pJG-LRP6CT174

    10

    9

    9

    4

    pEG202-CT66+pJG-LRP6CT174

    10
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    0

    0

    数据库检索表明,该序列与LRP6的羧基端序列完全相同,读码框架也符合。对其蛋白序列的检索结果详见讨论。

    3 讨论

    LRP6是1998年克隆到的LDL受体家族中的新成员[3],为一1613 个氨基酸的蛋白,我们克隆到的是其羧基端347个氨基酸。

    流行病学研究表明,apoE基因的多态性和AD相关,其中apoEε4和迟发性AD关系密切。apoE是体内重要的载脂蛋白,它可以和广泛分布的LDL受体结合,然后,内吞消化,在脂类代谢中有重要作用。但apoE如何影响到APP的代谢,使Aβ的产生和沉积增加尚不明确。LRP也是AD发病的危险因素,可以作为apoE的受体与其结合。我们的试验结果将与AD有关的两个重要基因APP和apoE联系起来,证明APP羧基端106个氨基酸,即可与LRP6的羧基端结合。这提示LRP6在APP和apoE之间可能起一个桥梁作用。
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    蛋白质序列分析表明,LRP6的胞内区为218个氨基酸,富含脯氨酸和丝氨酸,含量(质量分数)分别达到15%和20%。残基1488~1496和1588~1596具有重复元件PPSPA/YTERS。此元件的功能未知。

    LRP6与LDL受体家族的其它受体不同,没有其它成员胞内区具有的NPTY内吞信号。它具有的内吞信号可能是与卵黄蛋白受体中相似的异亮氨酸1484,亮氨酸1485的双亮氨酸元件,或在转铁蛋白/甘露糖-6-磷酸受体类似的YRPY氨基酸序列(1517~1520)[4]。此外,LRP6中的1567~1571VPPPP和1602~1606YPPPP符合脯氨酸丰富的SH3和WW结合元件F/W/Y/LPPPP[5]。这些元件都可能导致了LRP6的内吞及胞内相互作用。APP的代谢过程中,可以在胞内溶酶体检测到完整的Aβ的存在,而它与LRP6的相互作用提示LRP6可能与APP的胞内代谢有关。

    参考文献
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    1,Sherrington R, Rogaev EI, Liang Y. Cloning of a gene bearing missense mutation in early-onset familial Alzheimer's disease[J]. Nature, 1995, 375: 754-760

    2,Kang DE, Saitoh T, Chen X. Genetic association of the low-density lipoprotein receptor-related protein gene(LRP), an apoliprotein E receptor, with late-onset Alzheimer's disease[J]. Neurology, 1997, 49: 56-61

    3,Brown SD, Twell RCJ, Hey PJ. Isolation and characte-rization of LRP6, a novel member of the low density lipoprotein receptor gene family[J]. Biochem Biophys Res Commun, 1998, 248: 879-888
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    4,Brown MS, Herz J, Goldstein JL. LDL-receptor structure. Calcium cages, acid baths and recycling receptors[J]. Nature, 1997, 388(6643): 629-630

    5,Niebuhr K, Ebel F, Frank R, et al. A novel proline-rich motif present in ActA of Listeria monocytogenes and cytoskeletal proteins is the ligand for the EVH1 domain, a protein module present in the Ena/VASP family[J]. EMBO J, 1997, 16(17): 5433-5444

    (1999-12-01收稿), 百拇医药