【原】破坏p70s6k/p85s6k基因让小鼠体型变小，同时发现一个新的替代的S6激酶S6K2

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|导读：

 Disruption of the p70s6k/p85s6k gene reveals a small mouse phenotype and a new functional S6 kinase

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|背景介绍：

有丝分裂原推动细胞周期进展的过程中需要有序激活细胞周期蛋白激酶(CDK)家族及其细胞周期蛋白伴侣(Sherr，1996)。 

然而，为了使细胞增殖，它还必须上调指导细胞生长所需的生化机制(Nasmyth，1996年)。

哺乳动物细胞周期时间

细胞生长的一个主要组成部分是产生/激活细胞内的翻译机制(Thomas和Hall，1997年)，这对于细胞执行大量不同合成过程的需求的增加至关重要(Nasmyth，1996年)。因为细胞的增殖需要所有蛋白质的整倍数增加，缺一不可。如果一种蛋白质的翻译跟不上，那么它的浓度就会随着细胞增殖而减少，甚至不能正常发挥自身的功能。

丝裂原诱导G₀退出后，蛋白质合成装置的许多组分的表达增加已被证明在翻译水平上受到调节(见Meyuhas等人，1996年)。 

其中许多转录本的特点是在其转录起始位点上有寡嘧啶束，或5-TOP(Jefferies等人，1994年a；Terada等人，1994年；Jefferies和Thomas，1996年)。

这些转录本的翻译上调部分是通过激活p70^s6k/p85^s6k(Jefferies等人，1997年)介导的，可能是通过40S核糖体蛋白S6介导的，其磷酸化增加被认为促进43S预起始复合物对这些转录本的识别(Jefferies等人，1994年a)。

通过另一种翻译起始位点，p85^s6k亚型由与p70^s6k相同的转录本表达，该转录本在N端增加了23个氨基酸核定位信号(NLS)(Reinhard等人，1994年)。 

这两种激酶在细胞生长中的重要性是从使用免疫抑制剂雷帕霉素(Chung等人，1992年；Kuo等人，1992年；Price等人，1992年)或通过微注射中和抗体进入细胞(Lane等人，1993年；Reinhard等人，1994年)推断的，这两种酶都有选择地抑制丝裂原诱导的p70^s6k/p85^s6k的激活并阻碍细胞生长。

介导p70^s6k/p85^s6k激活的信号转导通路由于其在细胞生长中的隐含重要性及其在识别免疫抑制治疗新靶点中的潜在用途而引起了相当程度的关注(见Downward，1998；Peterson和Schreiber，1998)。

这一途径分叉在一个生长因子受体对接位点，这与Ras-MAP激酶途径不同(Ming等人，1994年)，激活的磷脂酰肌醇-3激酶(PI3-K)作为启动下游信号的近端信号成分(Chung等人，1994年)。

然而，并非所有数据都与这一模型一致，也不符合其他潜在信号成分在调节p70^s6k/p85^s6k激活中的作用(见Downward，1994，1995；Thomas和Hall，1997)。

这种不确定性的很大一部分源于p70^s6k/p85^s6k激活事件的复杂性，它依赖于多个磷酸化位点之间的顺序相互作用(Ferrari等人，1992年；Pearson等人，1995年；Moser等人，1997年)和激酶内不同的分子内调控结构域(Pullen和Thomas，1997年；Dennis等人，1998年)。

雷帕霉素通过抑制mTOR/FRAP来阻断p70^s6k/p85^s6k的激活，mTOR/FRAP是一种被认为是脂质或蛋白激酶的大分子蛋白(Thomas和Hall，1997年；Peterson和Schreiber，1998年)。

由于雷帕霉素对细胞的处理选择性地阻断p70^s6k/p85^s6k和S6磷酸化，而不影响其他蛋白激酶，有人认为p70^s6k/p85^s6k是唯一负责调节S6磷酸化的体内激酶。这一结论通过使用雷帕霉素耐药的p70^s6k/p85^s6k突变体得到证实，这些突变体使S6在细菌大环内酯类中保持去磷酸化(vonManteuffel等人，1997年)。

雷帕霉素治疗在免疫抑制治疗中的潜在影响，加上描述mTOR/FRAP功能的重要性，激发了人们对p70^s6k/p85^s6k的极大兴趣(Thomas和Hall，1997)。

虽然雷帕霉素和抑制性抗体的研究导致了p70^s6k/p85^s6k在细胞生长中起着至关重要的作用的假设(Chou和Blenis，1995)，但缺乏确证的生理研究。

我们发现dp70^s6k（d- Drosophila)基因的果蝇同系物中有一个P元素诱导的突变，严重损害激酶的表达和细胞生长。

然而，哺乳动物的遗传多样性大于低代氮类，在许多情况下存在功能冗余，而在较不复杂的生物体中却没有发现这种冗余(Miklos和Rubin，1996年)。

由于这些原因，我们在小鼠中破坏p70^s6k/p85^s6k基因，以评价其在高等生物中的功能独特性，并确定雷帕霉素对细胞生长的影响是通过抑制p70^s6k/p85^s6k活性和S6磷酸化而产生的。

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|核心内容：

最近的研究表明，p70^s6k/p85^s6k信号通路通过调节称为5-TOPs的mRNA家族的翻译，在细胞生长中起着至关重要的作用，该家族编码蛋白质合成装置的组成部分。 

在这里，我们证明p70^s6k/p85^s6k基因的纯合敲除不影响小鼠的生存能力或生育能力，但它对动物生长有显著的影响，特别是在胚胎发生过程中。 

令人惊讶的是，p70^s6k/p85^s6k缺乏小鼠肝脏或成纤维细胞中的丝裂原刺激能正常上调S6磷酸化。 

此外，血清诱导的S6磷酸化和5-TOPmRNAs的翻译上调对p70^s6k/p85^s6k缺乏和野生型小鼠的雷帕霉素对小鼠胚胎成纤维细胞的抑制作用同样敏感。

所以说p70^s6k/p85^s6k敲除的影响不大，似乎有替代的蛋白能行驶同样的功能。

对公共数据库的搜索发现了一种新的p70^s6k/p85^s6k同系物，它含有相同的调控基序和已知的控制激酶活性的磷酸化位点。这一新发现的基因产物，称为S6K2，广泛表达，并显示有丝分裂依赖和雷帕霉素敏感的S6激酶活性。

更引人注目的是，在p70^s6k/p85^s6k缺乏的小鼠中，S6K2基因在所有被检查的组织中被上调，特别是在雷帕霉素作用的主要靶点胸腺中。新的S6激酶基因的发现，可以部分补偿p70^s6k/p85^s6k功能，这间接强调了S6K功能在细胞生长中的重要性。

因为它很重要所以细胞会准备好备用的蛋白分子，或者说，对于细胞的生长增殖很重要的基因，如果只有一个拷贝数，或者只有一个基因行使这个功能的话，那么这种细胞就很难存活于世，逐渐被自然淘汰。

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