－表达的调控

7．2．2　Mn－SOD表达的调控

在原核生物，曾有较为深入的初步研究，表明大肠杆菌Mn－SOD基因编码的Mn－SOD受转录水平和翻译后水平的调控，至少包含有6个总转录调节子。

1994年，Wan等获得了长达1　285bp的人Mn－SOD基因组DNA序列，全序列分析表明，人Mn－SOD是单拷贝基因，人Mn－SOD基因组包含5个外显子和4个内显子，转录起始部位上游的5′端序列仅长782bp，通过引物延伸实验，找到一个与众不同的转录起始位点（TIS）位于翻译起始点上游，亦即第一外显子起始密码（ATG）上游74bp处。在转录起始部位的上游，有一长约400bp的区段，G＋C含量高达78%，集中分布着7个SP－1（Promoterselective Transcription Factor－1，5′－GGGCGG－3′）和3个AP－2（Activator Protein－2，5′－CCGCGGGCG－3′）转录因子结合序列。但在5′端上至780bp的范围内未发现一般基因所常见的TATA和CAAT盒序列，除5′端有与AP－2和SP－1一致的序列外，3′端还各含有一个与SP－1和NF－κB一致的序列。这些潜在的调节元件的生物学功能目前尚在研究之中，但SP－1、AP－2和NF－κB一致序列的存在提示，这些潜在调节因素在人Mn－SOD基因表达调控中可能起着重要作用。AP－2激活转录可经由佛波醋（Phorbol Ester）介导的蛋白激酶C途径。

1996年，Zhang等从人白细胞基因组文库中得到一个Mn－SOD基因组DNA序列，其5′端序列长5　538bp，揭示人Mn－SOD基因的启动子位于－200bp～－1bp之间，此序列的G＋C含量高达84%，在启动子区域含有8个Sp1结合位点。同时他们将Mn－SOD基因5′端上游序列连入CAT报告基因（pGCAT5538），并进行了HepG2、神经胚细胞瘤及皮肤纤维原细胞等细胞系检测功能的实验，结果发现：人Mn－SOD基因表达受一个启动子控制，围绕转录起始部位的－114bp到＋38bp区段（152bp）具有引导下游基因表达的最强活性，此区段中包含4个SP－1转录因子结合序列，应是hMn－SOD基因主要启动子的所在部位；－34bp到＋38bp区段是RNA聚合酶和转录起始因子的结合部位，是调控人Mn－SOD基因启动子活性的主要转录因子；人Mn－SOD基因启动子可被上游一个富含GC的DNA序列所激活，此序列含有3个Sp1结合位点（－114bp～＋38bp），并且第一个Sp1结合位点（－18bp～－12bp）可能在人Mn－SOD基因启动子的转录起始中起着重要作用。转录起始部位上游－2　013bp到－223bp区段在肝癌细胞中引导基因表达的活性明显高于神经瘤细胞，而－717bp到－223bp区段在两种细胞中的表达活性相似，提示在－2　013bp到－717bp区段内可能存在负调控序列，对Mn－SOD基因的组织或细胞特异性表达起重要作用。Zhang鉴定的转录起始部位与Wan等稍有不同，即转录起始部位位于第1外显子起始密码上游67bp处，并且在长达5．5kb的5′端上游序列中又发现了一些重要调控元件，如一个AP－1转录因子结合序列（5′－GTGACTTAA－3′），一个急性期反应序列（5′－CTGGGA－3′），及两个与Egr－1基因调控序列（5′－GCGGGGGCG－3′）相近序列（5′－GCGGGGCG－3′）等。特别值得一提的是Egr－1基因调控序列，Egr－1基因最初自血清因子刺激增殖的小鼠3T3细胞中克隆，后被证实是在细胞受到辐射作用早期被大量诱导表达的基因，Mn－SOD基因结构中存在与Egr－1基因类同的调控序列，是其具有辐射诱导特性的有力证据。此外还发现，人Mn－SOD一个最显著的特征是在－1　584bp到－1　524　bp之间有一个残留的人Alu序列。

人类和小鼠的Mn－SOD基因分别定位6号和17号染色体。小鼠Mn－SOD cDNA编码序列与人类Mn－SOD有高度同源性。抗氧化酶的基因调节水平反映了细胞防御活性氧的最初水平。Mn－SOD对暴露于放射线、细胞因子、化疗、缺血/再灌流和谷氨酸盐神经元毒性都有保护作用。Mn－SOD基因敲除小鼠，产生严重的心肌病和神经变异性疾病，在出生后10天内死亡，证实Mn－SOD酶具有重要的生理功能。表达人Mn－SOD mRNA的转基因小鼠Mn－SOD活性比同窝出生的非转基因小鼠提高，存活时间长，非上皮细胞抗氧化的能力增强，Mn－SOD mRNA水平的调节可能是细胞所有氧化还原状态的重要生理机制。

Mn－SOD存在于线粒体中，它的催化活性不受其产物H₂O₂的抑制。线粒体是真核生物细胞进行有氧呼吸的主要场所，通过其内膜的电子传递链实现能量转换的功能；当生物处于胁迫或病变条件下。线粒体内膜电子传递受阻，将导致活性氧过量产生，对线粒体乃至整个细胞造成伤害。因此Mn－SOD是细胞线粒体内消除超氧阴离子、保护线粒体不受活性氧伤害的关键酶。