c-Fos不同結構域的真核表達及功能鑒定

付潔 ，王瑜 ，程龍 ，徐小潔 ，張浩 ，宋海峰 ，葉棋濃

軍事醫學科學院 a.生物工程研究所；b.放射與輻射醫學研究所；北京 100850

激活蛋白1（activator protein 1，AP-1）是一類由即刻早期應答基因編碼的核轉錄因子，在哺乳動物中，AP-1主要由 Fos家族（c-Fos、FosB、Fra-1和Fra-2）和Jun家族（c-Jun、JunB和JunD）組成。AP-1蛋白以同源（Jun-Jun）或異源二聚體（Fos-Jun）的形式發揮轉錄激活作用。基礎條件下，細胞中的AP-1以Jun同源二聚體為主，其表達水平和活性均很低；當細胞受到生理和病理因素刺激時，如細胞因子、生長因子、應激信號、感染、致癌劑等的刺激，細胞中的AP-1將以c-Fos和c-Jun異源二聚體為主，其表達水平和活性均迅速升高，激活下游信號轉導通路，在多種腫瘤的生長、侵襲和轉移中發揮重要作用[1-2]。AP-1作為對外界信號發生反應的轉錄因子而且位于信號級聯反應的末端，使外界信號和細胞功能之間建立起一定的聯系，因此已作為抗腫瘤藥物開發的重要靶標之一。

調節AP-1活性的方式目前主要有以下幾個層面：二聚體的組成成分和量的不同，會在腫瘤發生發展的不同階段起到致癌或抑癌的效果[3-4]；轉錄水平或翻譯后水平的磷酸化修飾等調節方式[5-6]；蛋白質間相互作用，如與癌蛋白（RAS）或輔助蛋白（糖皮質激素受體GR或維甲酸受體RAR）等的相互作用也是調節AP-1轉錄活性的重要方式之一[7]。盡管已發現一些與AP-1相互作用的蛋白質，但只能部分解釋腫瘤發生發展機制，且許多與AP-1相互作用的蛋白質的臨床意義不清楚。由于AP-1在腫瘤發生發展中起極其重要的作用，因此與AP-1相互作用的新因子還在不斷被發現。哺乳動物Fos家族中以c-Fos最重要，Fos家族在調節AP-1活性和腫瘤發生發展過程等方面具有重要作用[8-10]。

我們擬構建c-Fos蛋白的不同結構域片段的真核表達載體，并在293T細胞中表達，利用免疫共沉淀技術確定構建的結構域的正確性，為進一步研究與c-Fos相互作用的蛋白及其區域定位奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

人HEK293T細胞株由本實驗室保存（用含10%熱滅活小牛血清的DMEM培養基，培養于37℃、5%CO2細胞培養箱）；大腸桿菌DH5α、FLAG-pcDNA3.0載體由本實驗室保存；LipofectAMINE2000轉染試劑、DMEM培養基購自Invitrogen公司；小牛血清購自杭州四季青公司；限制性內切酶、DNA連接酶、PrimeSTAR HS DNA聚合酶購自TaKaRa公司；質粒提取試劑盒、凝膠回收試劑盒、PCR回收試劑盒、顯色液均購自康維世紀公司；預染蛋白marker購自Fermentas公司；瓊脂糖珠偶聯的抗FLAG抗體購自Sigma公司；抗FLAG和抗HA標簽抗體、蛋白酶抑制劑cocktail均購自Sigma公司；擴增基因片段的PCR引物由上海生工生物有限公司合成。

1.2 c-Fos基因結構域劃分及引物設計

以本實驗室保存的FLAG-c-Fos（GenBank登錄號為NM_005252）質粒為模板，根據文獻[11]將c-Fos全長分為c-FosB、c-FosD和c-FosE等3個結構域片段（圖1），用PCR技術設計引物（表1），將c-Fos分為3段結構域克隆到FLAG-pcDNA3.0載體中，酶切位點采用BamHⅠ和EcoRⅠ。因為構建的表達載體在3'端含有FLAG標簽編碼序列，因此將各結構域擴增片段后的終止密碼子在引物中去掉，使目的蛋白與標簽融合表達。

圖1 c-Fos基因結構域劃分模式圖

表1 引物及序列

1.3 PCR程序和體系

參照PrimeSTAR HS DNA聚合酶說明書進行。在0.2 mL離心管中依次加入1 μL質粒模板、引物各0.5 μL（儲存濃度 10 μmol/L）、5×PS緩沖液10 μL、dNTP 4 μL、0.5 μL PrimeSTAR 酶 ，用ddH2O將體系補足至50 μL。將上述混合液輕輕混勻，短暫離心。PCR反應程序：95℃ 10 min，然后以95℃ 20 s、55℃ 20 s、72℃ 1 min 進行 30 個循環，72℃ 7 min。取9 μL PCR產物，加入10×上樣緩沖液1 μL，混勻，上樣，進行1.5%瓊脂糖凝膠電泳檢測，紫外凝膠成像儀驗證條帶是否正確。

1.4 FLAG-c-Fos不同結構域片段真核表達載體的構建

瓊脂糖凝膠回收PCR產物，與FLAG-pcDNA3.0載體質粒分別用BamHⅠ/EcoRⅠ雙酶切，將酶切后的目的基因與載體DNA分別用1.5%和1%瓊脂糖凝膠電泳回收，用T4DNA連接酶于16℃連接過夜。連接產物轉化大腸桿菌DH5α，涂板后37℃溫箱中倒置培養至長出克隆菌落。挑取克隆菌落放入5 mL含氨芐西林的LB培養基中，37℃、220 r/min振蕩過夜培養，用質粒小量純化試劑盒少量提取質粒。表達載體質粒經雙酶切鑒定無誤后，將樣品送上海生工公司測序。

1.5 表達載體質粒的提取

將測序結果序列比對后，樣品接入10 mL含有氨芐西林的LB培養基中，37℃、220 r/min振蕩過夜培養，用Promega公司的質粒提取試劑盒提取質粒，紫外分光光度法測定濃度和純度，D260nm/D280nm為1.8～1.9的質粒保存在-20℃待用。

1.6 細胞轉染和收集

293T細胞用含10%胎牛血清、2 mmol/L谷酰胺、1×105U/L青霉素和100 mg/L鏈霉素的DMEM培養液培養。將105細胞鋪24孔板，次日細胞融合率約為70%時用LipofectAMINE2000轉染試劑將1.5 μg FLAG-c-FosB、FLAG-c-FosD 和 FLAG-c-FosE質粒轉染，轉染后24～36 h以1000 r/min離心收集細胞，棄上清，用PBS洗滌一次，置冰上，加入1×SDS上樣緩沖液，充分裂解細胞后行SDS-PAGE，Western印跡檢測片段表達正確與否。

進行免疫共沉淀的轉染實驗，細胞培養條件同上，將106細胞鋪35 mm直徑的小皿，次日細胞融合率約為70%時用LipofectAMINE2000轉染試劑將5 μgHA-c-Jun和 5 μgFLAG-c-FosB、FLAG-c-FosD、FLAG-c-FosE分別共轉染，轉染后24～36 h，以1000 r/min離心收集細胞，棄上清，用PBS洗滌一次，置冰上。

1.7 共轉染蛋白分子的免疫沉淀

用0.5 mL預冷的細胞裂解液［1 mol/L Tris-HCl（pH8.0）2 mL、5 mol/L NaCl 2.5 mL、NP-40 0.25 mL、0.5 mol/L EDTA 1 mL、蛋白酶抑制劑0.1 mL、1 mol/L DTT 0.1 mL，用 ddH2O 補至 100 mL］冰浴30 min后超聲波裂解細胞，4℃、12 000 r/min離心，取適量上清與等體積2×SDS蛋白加樣緩沖液混勻作為input，-70℃保存備用于免疫印跡分析。將其余上清轉移到新的無菌管中，加入瓊脂糖珠偶聯的抗FLAG抗體，于4℃在旋轉混合器上孵育結合4 h后用裂解液洗滌瓊脂糖珠4次，每次4℃、3000 r/min離心3 min，洗滌完畢棄上清，向沉淀中加入30 μL 2×SDS蛋白加樣緩沖液，-70℃保存備用于免疫印跡分析。

1.8 免疫沉淀標本的免疫印跡

將上述收集的免疫沉淀標本煮沸10 min變性，經10%SDS-PAGE分離，采用半干轉印儀，以15 V恒壓轉印50 min，將凝膠中的蛋白質轉移至PVDF膜上，以含30 g/L脫脂奶粉的TTBS［100 mmol/L Tris-HCl（pH7.5）、9 g/L NaCl，0.1%Tween-220］室溫封閉1 h，加1∶5000稀釋的HA-HRP或FLAGHRP抗體室溫孵育1 h，用TTBS洗滌后，用A/B液于X線膠片上曝光檢測。

2 結果

2.1 c-Fos不同結構域的構建

c-Fos不同結構域片段的構建如圖1，PCR擴增后獲得c-FosB、c-FosD和c-FosE片段，分別為441、237、531 bp（圖 2A），經酶切、連接、轉化和挑取菌落，對重組質粒進行雙酶切鑒定（圖2B），將酶切正確的質粒送奧科生物公司測序，證實重組質粒構建正確（數據未示）。

2.2 c-Fos不同結構域的表達

將c-Fos不同結構域片段的表達載體轉染293T細胞后，收集細胞進行Western印跡。c-FosB（147殘基）、c-FosD（79殘基）、c-FosE（176殘基）的理論相對分子質量分別為 18×103、10×103、22×103，因連接有FLAG標簽，表達產物比理論值略大（圖3）。

2.3 HA-c-Jun和FLAG-c-Fos不同結構域片段的免疫共沉淀實驗

免疫共沉淀方法檢測到FLAG瓊脂糖珠能將FLAG-c-FosB、FLAG-c-FosD和FLAG-c-FosE從細胞裂解液中沉降下來，并且在FLAG-c-FosD組可以特異性地檢測到HA-c-Jun的存在（圖4），說明本實驗構建的FLAG-c-FosD可特異性地與HA-c-Jun結合，而FLAG-c-FosB、FLAG-c-FosE不與HA-c-Jun結合，這與文獻報道的c-Fos和c-Jun形成異源二聚體依賴于bZIP區[16-17]相符。

3 討論

蛋白質間相互作用存在于機體每個細胞的生命活動過程中，包括復制、轉錄、翻譯、細胞周期調控和信號轉導等，特定蛋白質相互作用發生改變可以導致疾病的發生，因此，基于信號轉導通路的關鍵蛋白進行與其相互作用蛋白的篩選，是新藥研發的重要內容之一。在AP-1信號途徑中，AP-1與其他蛋白質的相互作用是AP-1發揮功能活性的重要方式之一。這些與AP-1相互作用的蛋白不但能改變AP-1活性，而且其本身基因結構和/或表達水平在病理狀態下也可能發生改變，因此這些相互作用蛋白也是藥物開發的潛在靶標。

圖2 c-Fos不同片段結構域的構建鑒定

圖3 利用FLAG標簽抗體對c-Fos不同結構域片段進行表達鑒定

圖4 FLAG標簽 c-Fos不同結構域片段與HA-c-Jun的免疫共沉淀

AP-1通過蛋白質間相互作用來發揮其功能至少有以下幾種方式：①通過AP-1不同成員之間的相互作用調節AP-1轉錄活性。細胞中AP-1的組成和各組分的相對比例決定了AP-1的功能[3-4]。②通過AP-1與其他蛋白質的相互作用調節AP-1轉錄活性。如c-Jun或c-Fos可與一些Maf蛋白（v-Maf和c-Maf）相互作用形成異源二聚體；c-Fos還能與MafB、MafF、MafG和MafK相互作用，c-Jun則不能。通過這些相互作用，AP-1的功能大大增強[12-13]。一些調節蛋白也可通過與AP-1的相互作用抑制AP-1的功能。LaminA/C蛋白通過與c-Fos的相互作用改變c-Fos的亞細胞定位、抑制AP-1的DNA結合活性、抑制AP-1靶基因的轉錄激活，并導致細胞周期改變[14]。③AP-1通過與其他轉錄因子的相互作用調節AP-1或其他轉錄因子的轉錄活性[15]。如屬于轉錄因子的雌激素受體（ER）可與AP-1相互作用并調節AP-1轉錄活性[6]，AP-1與轉錄因子Smad結合后可調節Smad介導的轉化生長因子β（TGF-β）信號通路活性。因此，構建AP-1家族主要蛋白的不同結構域片段，對于研究其相互作用蛋白并進一步功能定位，具有重要意義。

哺乳動物細胞中，AP-1家族的主要成員為Fos和Jun家族，其中，c-Fos是Fos家族的最重要成員。根據現有文獻報道[16-17]，c-Fos有多個結構域可以激活或調節轉錄，其中C端結構域有3個Fos激活分子（Fos activation modlues，FAM），其中2個FAM區含HOB1和HOB2基序，第三個FAM區含TBP結合基序（TBP binding motif，TBM），TBM的TBP結合活性可以被含有HOB1和HOB2的激活結構域放大；C-fos的N端含有一個抑制性結構域（inhibitory do?main，ID1），可作用于含有HOB1基序的FAM區，使之沉默；C-Fos含有堿性亮氨酸拉鏈（bZIP）的DNA結合結構域。我們希望獲得可以和c-Fos相互作用的蛋白，因此并未對c-Fos的N端和C端的結構域進行細分，而只分為3個結構域。本研究中免疫共沉淀結果也表明，bZIP與c-Jun結合，從而佐證了c-Fos不同結構域構建的正確性。

[1]Verde P,Casalino L,Talotta F,et al.Deciphering AP-1 func?tion in tumorigenesis[J].Cell Cycle,2007,6(21):2633-2639.

[2]Malnou C E,Brockly F,Favard C,et al.Heterodimerization with different Jun proteins controls c-Fos intranuclear dynam?ics and distribution[J].J Biol Chem,2010,285(9):6552-6562.

[3]Bakiri L,Matsuo K,Wisniewska M,et al.Promoter specifici?tyand biologicalactivityoftethered AP-1 dimers[J].Mol Cell Biol,2002,22(13):4952-4964.

[4]van Dam H,Castellazzi M.Distinct roles of Jun:Fos and Jun:ATF dimersin oncogenesis[J].Oncogene,2001,20(19):2453-2464.

[5]O'Donnell A,Yang S H,Sharrocks A D.MAP kinase-mediat?ed c-fos regulation relies on a histone acetylation relay switch[J].Mol Cell,2008,29(6):780-785.

[6]Portal M M,Ferrero G O,Caputto B L.N-terminal c-Fos ty?rosine phosphorylation regulates c-Fos/ER association and c-Fos-dependentphospholipid synthesisactivation[J]. Onco?gene,2007,26(24):3551-3558.

[7]Herrlich P.Cross-talk between glucocorticoid receptorand AP-1[J].Oncogene,2001,20(19):2465-2475.

[8]Milde-Langosch K.TheFosfamilyoftranscription factors and their role in tumourigenesis[J].Eur J Cancer,2005,41(16):2449-2461.

[9]Lu C,Shen Q,DuPré E,et al.c-Fos is critical for MCF-7 breast cancer cell growth[J].Oncogene,2005,24(43):6516-6524.

[10]Durchdewald M,Angel P,Hess J.The transcription factor Fos:a Janus-type regulator in health and disease[J].Histol Histopathol,2009,24(11):1451-1461.

[11]John M,Leppik R,Busch SJ,et al.DNA binding of Jun and FosbZip domains:homodimersand heterodimersinducea DNA conformational change in solution[J].Nucleic Acids Res,1996,24(22):4487-4494.

[12]Chinenov Y,Kerppola T K.Close encounters of many kinds:Fos-Jun interactions that mediate transcription regulatory spec?ificity[J].Oncogene,2001,20(19):2438-2452.

[13]Eferl R,Wagner E F.AP-1:a double-edged sword in tumori?genesis[J].Nat Rev Cancer,2003,3(11):859-868.

[14]Ivorra C,Kubicek M,González J M,et al.A mechanism of AP-1 suppression through interaction of c-Fos with lamin A/C[J].Genes Dev,2006,20(3):307-320.

[15]Lopez-Bergami P,Lau E,Ronai Z.Emerging roles of ATF2 and the dynamic AP1 network in cancer[J].Nat Rev Cancer,2010,10(1):65-76.

[16]Brown H J,Sutherland J A,Cook A,et al.An inhibitor do?main in c-Fosregulatesactivation domainscontaining the HOB1 motif[J].EMBO J,1995,14(1):124-31.

[17]Metz R,Bannister A J,Sutherland J A,et al.c-Fos-induced activation of a TATA-Box-containing promoter involves direct contactwith TATA-box-binding protein[J].MolCellBiol,1994,14(9):6021-6029.