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关于Hedgehog信号通路

About Hedgehog signaling pathways

问题的开始

在丁明孝先生等编著的《细胞生物学》第五版上,对于Hedgehog信号通路进行了叙述。奈何书上的描述实在是过于晦涩,笔者不得不转向其他书籍。

但是,在Alberts的 Molecular biology of the cell 上,讲述了一种同《细胞生物学》第五版中几乎完全不一样的转导方式,除了部分蛋白如 PtcSmo 对应的上,其他部分是差异极大 Hedgehog from Alberts

如图,根据Alberts的说法,Hedgehog通路需要纤毛的参与,且Smo失活后仅仅是从纤毛上转移下来;但在《细胞生物学》第五版中,Smo失活后会被囊泡内化,且整个转导过程中完全没有纤毛的参与(虽然有微管参与)

事已至此,笔者决定一探究竟

收集资料

首先,笔者找到了Wikipedia上的Hedgehog条目,它虽然并没有对具体的转导通路进行讲解,但是提供了很重要的一点:果蝇和脊椎动物的Hedgehog信号通路似乎不太一样。

根据这点,笔者再回头看了看书,发现Alberts也明确提到了书中所讲的是脊椎动物中的信号通路,《细胞生物学》上虽然没提,但想必应该不是脊椎动物。

进一步,笔者查询脊椎动物中的Hedgehog通路,找到了来自Development 的一篇文献,文献中所描述的通路与Alberts讲述的别无二致

再以无脊椎动物的hedgehog通路进行查询,找到了 Nature Reviews Genetics 的一篇综述 Mechanisms and functions of Hedgehog signalling across the metazoa,根据综述中所讲内容,在整个后生动物中,其实Hedgehog通路是在不断发生改变的,但可大致分为两类:以黑腹果蝇为代表的形成 COS2 复合物的途径,以及脊椎动物中的依赖纤毛富集信号蛋白的途径

hedgehog in D.melanogaster

果蝇中,COS2 复合物的作用是切割全长 CI 蛋白,形成转录抑制物 CI-R(即《细胞生物学》中 Ci75),Smo 则会在活化后阻止复合物形成,致使 CI-FR得以进入细胞核,形成转录因子 CI-A*,激活下游基因(关于《细胞生物学》上说复合物的组装需要微管这件事,尚不清楚是否为真,综述中只提到了 COS2 有类马达蛋白结构域,这可能也是书中认为有微管参与的原因)

而在脊椎动物中,转录因子依旧是由 Smo 激活,但是是在被转运到纤毛中后完成的。Smo 磷酸化抑制蛋白 SuFu,致使其解离而实现 hedgehog in vertebratas

结论

两本书中的叙述都没错,不过是两种不同的动物具有不同的形式罢了

补充:胆固醇

《细胞生物学》上有一点没有讲,就是胆固醇在Hedgehog通路中的作用。

Ptc 是一个胆固醇转运蛋白,它会将胆固醇转运出膜外,而恰好 Smo 的活化是依赖胆固醇的。因此通常情况下,Ptc会阻断 Smo 的活化。

HH(aka iHog)的作用便是阻断 Ptc 的作用,从而使得 Smo 得以活化。这也是一种非常特殊的作用方式

参考文献

  1. Ingham, Philip W., Yoshiro Nakano和Claudia Seger. 《Mechanisms and Functions of Hedgehog Signalling across the Metazoa》. Nature Reviews Genetics 12, 期 6 (2011年6月): 393–406. https://doi.org/10.1038/nrg2984.
  2. Kong, Jennifer H., Christian Siebold和Rajat Rohatgi. 《Biochemical mechanisms of vertebrate hedgehog signaling》. Development (Cambridge, England) 146, 期 10 (2019年5月15日): dev166892. https://doi.org/10.1242/dev.166892.
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