Krtap11-1,也称为Keratin-associated protein 11-1,是一种与角蛋白相关的蛋白质。角蛋白相关蛋白(KAPs)是羊毛纤维的结构成分之一,它们在角蛋白中间丝(KIFs)之间形成基质。Krtap11-1基因编码高硫蛋白,已在人类、牛和鼠中鉴定出来。尽管羊毛的经济重要性,但在羊中尚未发现编码高硫蛋白KAP11-1的基因。然而,有研究通过PCR使用基于牛KAP11-1基因序列的引物,在羊DNA中产生了一个预期大小的扩增子[1]。此外,通过PCR-单链构象多态性(PCR-SSCP)分析,在260只羊中检测到六种不同的PCR-SSCP模式。每个羊要么观察到一种带型,要么观察到两种带型的组合,表明它们要么是这种基因的纯合子,要么是杂合子。扩增子的测序证实了六种DNA序列的存在。所有这些序列都是独特的,并且与牛、人类和鼠的KRTAP11-1序列具有最大的同源性,这表明它们来自绵羊KAP11-1基因,并且是等位基因变异。绵羊KAP11-1基因有一个开放阅读框(ORF)为477个核苷酸,编码159个氨基酸。推测的蛋白质富含丝氨酸、胱氨酸和苏氨酸,分别占18.2-18.9、12.6和12.0摩尔%。其中,大约20个丝氨酸和苏氨酸残基可能被磷酸化。共检测到五种核苷酸替换,其中一种是非同义替换,会导致氨基酸在潜在磷酸化位点的改变。KRTAP11-1中发现的遗传变异可能会影响其表达、蛋白质结构以及/或翻译后修饰,从而影响羊毛纤维结构和羊毛性状[1]。
Krtap11-1作为一种毛发角蛋白相关蛋白,可能是影响毛发物理性质的关键因素。毛发物理性质主要由角蛋白束的组装决定。角蛋白相关蛋白(Krtaps)被认为参与角蛋白束的组装,然而,单个成员的功能作用仍然很大程度上是未知的。有研究旨在阐明一类独特的Krtaps,即Krtap11-1,在毛发发育和物理性质中的作用。研究分析了Krtap11-1的表达调控,并确定了其在毛发皮层中的结合伴侣。此外,还分析了该蛋白的强力表达对毛囊发育的影响。Krtap11-1在Foxn1nu小鼠中发育不良的毛发中的表达模式是同心不对称的。在培养的角质形成细胞中,Krtap11-1转基因产物的表达严格受角化过程和蛋白酶体依赖性蛋白消除的调控。Krtap11-1与角蛋白的结合以及其自身粘合的自组装似乎由二硫键稳定。生物素标记的Krtap11-1探针使Krtap11-1能够粘附到毛发皮层中包括K31、33和34在内的某些I型角蛋白上,无需形成二硫键。当胚胎上唇原基被强制引入Krtap11-1时,在培养中形成了由多层上皮细胞包围的毛发角蛋白团块。Krtap11-1可能在毛发皮层中的角蛋白束组装中发挥重要作用,这项研究为了解毛发纤维的物理性质提供了见解[2]。
此外,Krtap11-1在安哥拉兔(Oryctolagus cuniculus)毛发毛囊发育中的作用也得到了研究。角蛋白相关蛋白(KAP)是毛发纤维的结构蛋白分子,在决定毛发的物理性质方面起着关键作用。对Krtap11-1的研究主要集中在它的定位上。目前还没有报道Krtap11-1在毛发毛囊发育中的功能研究。这项研究旨在为Krtap11-1在皮肤和毛发发育中的作用提供证据。进行了全长克隆和分析Krtap11-1,以确定其功能。构建了过表达载体和干扰序列,并将其转染到RAB-9细胞中。使用实时定量PCR(qRT-PCR)研究了Krtap11-1在毛发毛囊发育阶段的表达,不同组织的表达以及对其他毛发毛囊发育相关基因的影响。克隆的Krtap11-1全长为947 bp。Krtap11-1被证实是一种主要定位于线粒体的亲水性蛋白质。在皮肤中观察到mRNA表达最高。使用毛囊同步模型发现,Krtap11-1 mRNA表达水平随时间推移先增加后减少,主要发生在毛发毛囊退行期和休止期。Krtap11-1过表达后,WNT-2、KRT17、BMP-2和TGF-β-1基因的mRNA表达水平升高,而LEF-1降低(P < 0.05),在使用相应的si-RNA干扰后则相反。Krtap11-1具有促进作用。结果表明,毛发毛囊发育与Krtap11-1基因表达之间存在新的关联[3]。
此外,对两个绵羊角蛋白相关蛋白基因的启动子区域进行了研究,以了解这些基因在毛发皮质特异性表达中的机制。角蛋白相关蛋白(KAPs)是毛发纤维的结构蛋白,被认为在决定毛发纤维的物理性质方面起着重要作用。这些蛋白质在毛发纤维的角质形成细胞中以惊人的顺序和空间模式被激活。因此,阐明这些基因特异性转录活性的机制非常重要。在这项研究中,发现绵羊KRTAP 3-3和KRTAP11-1基因在羊毛毛囊中以组织特异性方式高度表达。随后,克隆了包含两个基因的5'侧翼/5'非翻译区域和编码区域的启动子区域。使用体内转基因方法发现,两个基因的启动子区域在毛发纤维中表现出转录活性。在KRTAP11-1-ZsGreen1转基因小鼠中观察到更强、更均匀表达的绿色荧光信号。原位杂交显示绵羊KRTAP11-1在整个羊毛皮质中对称表达。免疫组化分析表明,转基因小鼠毛发皮质中ZsGreen1的表达模式与内源性KRTAP11-1基因的表达模式相匹配,这表明克隆的启动子区域包含足够控制KRTAP11-1羊毛皮质特异性转录的元件。此外,通过体内报告基因实验,使用绵羊KRTAP11-1基因5'上游序列中的调控区域,确定了可能调节观察到的毛发角质形成细胞特异性的调控区域[4]。
总的来说,Krtap11-1作为一种角蛋白相关蛋白,在羊毛和毛发纤维的结构和物理性质中发挥着重要作用。研究表明,Krtap11-1的表达调控、蛋白质结构以及翻译后修饰与毛发纤维的结构和羊毛性状密切相关。此外,Krtap11-1在毛发毛囊发育中的功能也得到了研究,表明它可能在毛发皮层中的角蛋白束组装中发挥重要作用。这些研究为深入理解Krtap11-1在毛发发育和物理性质中的作用提供了重要见解。
参考文献:
1. Gong, Hua, Zhou, Huitong, Dyer, Jolon M, Hickford, Jon G H. 2011. Identification of the ovine KAP11-1 gene (KRTAP11-1) and genetic variation in its coding sequence. In Molecular biology reports, 38, 5429-33. doi:10.1007/s11033-011-0697-2. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21400094/
2. Fujimoto, Shunsuke, Takase, Takahisa, Kadono, Nanako, Maekubo, Kenji, Hirai, Yohei. 2013. Krtap11-1, a hair keratin-associated protein, as a possible crucial element for the physical properties of hair shafts. In Journal of dermatological science, 74, 39-47. doi:10.1016/j.jdermsci.2013.12.006. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24439038/
3. Liang, Shuang, Bao, Zhiyuan, Zhao, Bohao, Chen, Yang, Wu, Xinsheng. 2020. Characterization and functional analysis of Krtap11-1 during hair follicle development in Angora rabbits (Oryctolagus cuniculus). In Genes & genomics, 42, 1281-1290. doi:10.1007/s13258-020-00995-9. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32955717/
4. Zhao, Zhichao, Liu, Guangbin, Li, Xinyun, Du, Xiaoyong, Yu, Mei. 2016. Characterization of the Promoter Regions of Two Sheep Keratin-Associated Protein Genes for Hair Cortex-Specific Expression. In PloS one, 11, e0153936. doi:10.1371/journal.pone.0153936. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27100288/