氧化還原作用調控蛋白質去磷酸?羰基化和去羰基化反應對動脈血管內膜增生之影響(2/2)

活性氧自由基(reactive oxygen species, ROS)的產生是有氧代謝的一個不可避免的 結果。傳統上，ROS一直被認為會非特異性地和與細胞的大部分成分發生反應進而造 成傷害；然而，在近來的十年中，許多研究發現 ligand-receptor的結合會刺激 ROS產 生進而誘發一連串的細胞訊息傳遞。ROS所影響的訊息傳遞路徑，主要是經由對蛋白 質的氧化修飾作用而來。ROS通常會刺激訊息傳遞分子，但矛盾的是，直接的氧化修 飾通常會抑制標的分子的活性。因此，蛋白酪氨酸磷酸酶(PTPs)的氧化修飾在氧化還 原調控的訊息傳遞路徑占了非常重要的角色，因為抑制蛋白質去磷酸酶可誘導廣泛的 訊息傳遞路徑活化。PTPs 的結構中具備了會被氧化還原作用調控的含巰基的半胱氨 酸，它被氧化時，會使 PTPs失去活性，且最重要的是，這種氧化修飾作用是可逆的， 這也是目前唯一已知的可逆的氧化修飾作用。近來，另一種氧化修飾作用-蛋白羰基化 也引起研究者們的注意。這種會被金屬離子催化的蛋白質羰基化是是氧化壓力造成傷 害的一個重要的原因。之前，蛋白質羰基化被認為是不可逆的；然而，最近的研究發 現蛋白質羰基化可能是可逆的，並且這個去羰基化與蛋白酶體(proteasome)所參與的蛋 白質降解作用無關。蛋白質的羰基化/去羰基化反應可能是另一個影響氧化還原訊息傳 遞路徑的重要機制。 在本計劃中，我們將探討氧化還原作用會不會經由蛋白羰基化及去羰基化反應來 調控蛋白質去磷酸酶包括 PTPs和絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶(Ser/Thr PPases)，進而影響 與氧化壓力有很大關聯性的動脈血管內膜增生疾病。第一年我們會先評量蛋白質去磷 酸酶在血管內膜增生病程進行時的表現，並觀察蛋白質去磷酸酶是否確實被羰基化 了。然後，我們將利用質譜儀來分析這些羰基化蛋白磷酸酶其被羰基化的確實位置， 並分別研究這些不同的羰基化位點對蛋白質去磷酸酶活性的影響，及在動脈血管內膜 增生病程進行中的角色。第二年，我們將經由細胞實驗及動物模式研究 thioredoxin/glutaredoxin 及 decarbonylases (aldo-keto reductases 和 short-chain dehydrogenases/reductases)是否能調控蛋白質去羰基化並進而影響動脈血管內膜增生。 在第三年中，我們將利用二維電泳來分離羰基化蛋白質，並利用質譜儀來鑑定未知的 羰基化蛋白，並進一步探討這些羰基化蛋白在動脈血管內膜增生中的作用，並再次探 討這些蛋白的去羰基化機轉，以確定這個去羰基化調控機轉是否具有專一性。 初步結果發現，在 H2O2刺激的血管平滑肌細胞中 Ser/Thr PPases及 PTP蛋白質去 磷酸酶的活性會被抑制。而 PP2A 和 SHP-1 這兩種蛋白質去磷酸酶的確會被羰基化。 與蛋白酶體降解無關的去羰基化反應也在 H2O2刺激的血管平滑肌細胞中被發現。這些 結果顯示，蛋白質羰基化確實會發生在蛋白質去磷酸酶中，而且這種氧化修飾作用是 可逆的。此外，二維凝膠電泳的結果亦顯示，許多羰基化蛋白質明顯地表現於 H2O2 刺激的血管平滑肌細胞中。隨著本計劃的完成，將有機會闡明蛋白羰基化及去羰基化 反應這一個新的氧化還原訊息調控路徑及其於血管內膜增生疾病中確切的作用，在研 究上是有價值且具新穎性的。在臨床的實際應用上，或許可以經由促進蛋白質去羰基 化或直接地保護這些被羰基化的標的蛋白，來達到改善病程的效果，進一步得到具治 療潛力，甚或新藥開發的新目標。