细胞生物学研究中的激活剂和抑制剂

细胞生物学研究中的激活剂和抑制剂AnandikaDhaliwal(anandikadotdhaliwalatgmaildotcom)RutgersUniversity,NewJersey,UnitedStates译者王秀英(maryatlabomedotcom)美国新泽西州普林斯顿合原研究有限责任公司(SynatomResearch)DOI日期更新:2015-10-19;原始版:2013-04-27引用实验材料和方法2013;3:185摘要在细胞生物学研究中使用的化学激活剂和抑制剂的综述。英文摘要Acomprehensivereviewofchemicalactivatorsandinhibitorsusedincellbiologyresearch.介绍细胞生物学研究细胞结构、生理特性及细胞功能。它涉及到对细胞器、细胞与周围环境间相互作用、生命周期、分化及死亡的研究。细胞生物学与遗传学、分子生物学、发育生物学和生物化学等其它生物学领域是密切相关的。[放大]图1.真核细胞骨架。肌动蛋白纤维显示为红色，微管为绿色，核为蓝色。肌动蛋白染色使用的是罗丹明-鬼笔环肽，微管使用的是连接有Alexa488的抗α微管蛋白着色剂，DNA则使用的是Hoechst染料。对于细胞生物学领域的研究者而言，为了更加全面地理解细胞的功能、细胞的信号传递以及控制细胞命运、功能及表型的胞内机制，抑制剂与激活剂是至关重要的研究工具。许多抑制剂和激活剂都被广泛用于研究细胞动力学及功能。这里我们对真核细胞中各种细胞生物学研究如细胞内吞、分泌、粘附、细胞骨架动力学、内质网和高尔基体研究中常用的抑制剂和激活剂进行了综述。细胞骨架细胞骨架为细胞提供了特定的结构与形状。真核细胞主要有三种细胞骨架纤维：1）微丝，2）中间丝和3）微管。微丝（肌动蛋白丝）：这是细胞骨架中最细的纤维。它们由肌动蛋白亚基的线性聚合物所组成，通过在纤维一端的伸长并伴随着另一端的收缩来产生力，从而使其间的纤维产生净移动。中间丝：这种纤维的平均大小为直径10纳米并且比肌动蛋白丝更稳定（是紧密结合的），是细胞骨架的异质成分。中间丝负责组织细胞内部的三维结构和细胞器，是核纤层的结构性组成部分。它们也参与一些细胞-细胞间和细胞-基质间的连接过程。微管：它们是直径为23nm的空心圆柱，大多数情况下由13条原纤维组成，而这些原纤维则是alpha微管蛋白和beta微管蛋白的聚合物。它们具有很高的动态活性，通过结合GTP来进行聚合反应并通常由中心体来组织。抑制剂靶机制作用特点及效果参考文献、来源及供应商点细胞松弛素D（C30H37NO6）肌动蛋白结合于肌动蛋白核和F-肌动蛋白的生长端，从而抑制聚合反应。诱导肌动蛋白解聚。溶于DMSO和乙醇。抑制收缩。抑制依赖于p-53的细胞通路。引起G1-S转化过程中的细胞周期阻滞。抑制胰岛素刺激的葡萄糖转运。[1-3],Sigma-Aldrich,EMD/Millipore,TocrisBioscience,EnzoLifeScience,Invitrogen,SantaCruzBiotechnology,CaymanChemicalLantraculinA（C22H31NO5S）肌动蛋白扰乱微丝介导的过程。与G-肌动蛋白单体形成1:1的复合物（Kd=200nM）。溶于DMSO和乙醇。比细胞松弛素的抑制效果强10-100倍。抑制巨噬细胞的吞噬作用。比LantraculinB的效果更强。[1-4],Invitrogen,TocrisBioscience,Sigma-Aldrich,CaymanChemical,SantaCruzBiotechnology,EMD/MilliporeLantraculinB（C20H29NO5S）肌动蛋白体外反应中抑制肌动蛋白的聚合（Kd=60nM）。扰乱微丝的组织和微丝介导的过程。溶于DMSO、甲醇或乙醇。比细胞松弛素的抑制效果强10-100倍。在该复合物持续存在的情况下被血清缓慢失活并导致短暂的诱导变化。[5-7],Invitrogen,Sigma-Aldrich,CaymanChemical,SantaCruzBiotechnology,EMD/Millipore,EnzoLifeScienceWiskostatin（C17H18Br2N2O）肌动蛋白选择性地抑制N-WASP（Wiskott-Aldrich综合症蛋白（WASp）家族成员）并抑制Arp2/3复合物的活化。该分子阻断肌动蛋白丝的组装。在DMSO中溶解度可达100mM。同样抑制PIP2诱导的肌动蛋白聚合反应(EC50~4μM)。抑制依赖于肌动蛋白的细胞功能（迁移、运输、吞噬、内褶）。[8-10],AffixScientific,EnzoLifeScience,Sigma-Aldrich,TocrisBioscienceMycalolideB（C52H74N4O17）肌动蛋它选择性地将F-肌动蛋白彻底解聚成G-肌动蛋白。与肌动蛋白以1:1的摩尔比进行结合（Kd=13-20溶于DMSO、甲醇或异丙醇。抑制肌动球蛋白ATP酶。[11-13],SantaCruzBiotechnology,EnzoLifeScience白nM）。Nocodazole（C14H11N3O3S）微管抑制微管的动态变化并促使微管解聚。与β微管蛋白结合并阻止两个链间二硫键中任意一个的形成。在DMSO的溶解度达10mg/ml。有丝分裂抑制剂。将细胞周期阻滞在G2/M期。抑制各种癌症相关的激酶，包括ABL、c-KIT、BRAF、MEK1、MEK2和MET。[14-17],Sigma-Aldrich,TocrisBioscience,CellSignalingTechnology,EMD/Millipore长春碱（C46H58N4O9·H2SO4）微管解聚微管。与微管蛋白结合并诱导其自缔形成螺旋形聚合体，抑制微管组装。溶于水和甲醇。通过阻断有丝分裂纺锤体的形成将细胞周期阻滞于G2/M期。在一些肿瘤细胞系中诱导凋亡。抑制自噬体的成熟。[16,18,19],Sigma-Aldrich,TocrisBioscience,EMD/Millipore,SantaCruzBiotechnology。秋水仙碱（C22H25NO6）微管与微管蛋白结合并阻止其聚合在乙醇中溶解度达50mg/ml，在水中溶解度可达100mM，DMSO中溶解度可达100mM。有丝分裂抑制剂。在一些正常的及癌症细胞系中诱导凋亡[20-22],Sigma-Aldrich,TocrisBioscience,EMD/Millipore长春新碱（C46H56N4O10·H2SO4）微管能与微管蛋白结合并抑制微管形成的吲哚生物碱。解聚微管。溶于甲醇和水。延迟细胞周期的进程。在人类淋巴瘤细胞中诱导凋亡。[23-25],Sigma-Aldrich,TocrisBioscience,EMD/Millipore,SantaCruzBiotechnology。表1。常用的细胞骨架抑制剂。激活剂靶点机制作用特点及效果参考文献、来源及供应商Jasplakinolide（C36H45BrN4O6）肌动蛋白在体外诱导肌动蛋白聚合及稳定。在体内同样诱导肌动蛋白单体聚合成F-肌动蛋白。在DMSO中溶解度2mg/ml。一种具有杀菌、杀虫、抗癌特性的环羧酚酸肽。无荧光且具有细胞透性的F-肌动蛋白。[26-29],Sigma-Aldrich,EMD/Millipore,SantaCruzBiotechnology,Invitrogen,TocrisBioscience紫杉醇（Taxol）（C47H51NO14）微管结合于β-微管蛋白的N端，促进微管组装并抑制微管蛋白分解溶于DMSO和甲醇。抗肿瘤和抗白血病试剂。将细胞周期阻止于G2/M期。导致异常的有丝分裂并且有时会引起凋亡。[30-32],Sigma-Aldrich,EMD/Millipore,CellSignalingTechnolgy,CytoskeletonInc.鬼笔环肽（C35H48N8O11S）肌动蛋白与聚合的F-肌动蛋白结合并保持其稳定，防止解聚的发生（F-肌动蛋白转变为G-肌动蛋白）溶于乙醇和甲醇。从真菌中分离出的有毒双环七肽。干扰富含肌动蛋白的结构行使功能。鬼笔环肽的偶联物被用作确认纤维状肌动蛋白的探针。[33-35],Sigma-Aldrich,EMD/Millipore,TocrisBioscience,SantaCruzBiotechnology,EnzoLifeScience表2。常用的细胞骨架激活剂。内质网内质网（ER）是真核生物中一种会形成互连的膜囊泡网络的细胞器。它参与了细胞物质的合成、修饰和运输。它从细胞膜开始伸展，经过细胞质，一直与核膜相连。取决于细胞类型、细胞功能和细胞需求，内质网具有多种不同的功能。在结构与功能上，它由两种区域组成。粗面内质网：它是一系列扁平状囊泡且胞浆侧由核糖体组成。核糖体是细胞中的蛋白质合成位点。粗面内质网加工膜及分泌蛋白，在某些白细胞中产生抗体，而在胰腺细胞中产生胰岛素。其它功能还包括组装过程中的起始N-糖基化和溶酶体酶的加工。滑面内质网：它是一个光滑的微管网络并且不包含核糖体。它通常与粗面内质网相连，是那些负责将内质网产物运输到不同位点的囊泡的过渡区域。它具有多种功能，包括脂质合成、碳水化合物代谢、钙离子浓度调节、药物解毒和受体附着到细胞膜蛋白。在肌肉中，滑面内质网辅助肌肉细胞的收缩，在脑细胞中则合成雄性和雌性荷尔蒙。内质网应激：内质网介导的蛋白折叠一旦失衡就会引起内质网应激。内质网的应激信号传导通路或应激响应被称作未折叠蛋白反应（UPR）。最初的UPR只是尝试通过停止蛋白翻译并激活可增加参与蛋白折叠的分子伴侣的信号通路来恢复细胞的正常运作。当UPR的这种初始尝试失败而扰乱还在持续的情况下，UPR就会开始诱导凋亡。下面提到的抑制剂是用于抑制内质网功能或诱发内质网应激的，而提到的激活剂则用于诱导内质网功能或抵抗内质网应激的：抑制剂靶点机制作用特点及效果参考文献、来源及供应商EeyarestatinI（C27H25Cl2N7O7）内质网相关蛋白降解（ERAD）靶向p97相关的去泛素化过程（PAD）并抑制依赖于ataxin-3（atx3）的去泛素化过程。抑制内质网中Sec61介导的蛋白质转运。在DMSO中溶解度达100mM，在乙醇中溶解度达5mM。在淋巴样细胞系、BJAB、HBL-2、JEKO-1、Jurkat、KMS-12、MINO以及慢性淋巴细胞白血病中的原代白血病细胞中诱发细胞毒性。通过促凋亡蛋白NOXA诱导细胞死亡。[36-40],Sigma-Aldrich,EMD/Millipore,TocrisBioscience,SantaCruzBiotechnologyDBeQ（C22H20N4）内质网相关蛋白降解途径以可逆且ATP竞争性的方式（Ki=3.2µM）抑制ATP酶p97活性（对于野生型或C522Ap97的IC50=1.6µM）DMSO中溶解度达100mM。在RPMI8226、HeLa和HEK29细胞中抑制细胞增殖。抑制caspase3/7活性及凋亡。[41,42],Sigma-Aldrich,EMD/Millipore,TocrisBioscience,BioVisionInc.XestosponginC（C28H50N2O2）血管舒缓激肽和内质网的钙外流可逆地抑制内质网钙库中的血管舒缓激肽-和氨甲酰胆碱-Ca2+外流。溶于DMSO、乙醇和甲醇。大环双-1-oxaquinolizidine的合成形式。具有膜通透性。可逆地抑制IP3受体。[43-45],Sigma-Aldrich,EMD/Millipore,CaymanChemicals,TocrisBioscienceKifunensine（C8H12N2O6）内质网相关蛋白降解（ERAD）抑制内质网相关的甘露糖苷酶活性。水（