STATs 蛋白在細胞生理功能上所扮演的角色

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列為 AGTTTNNNTTTCC，此序列稱之為 interferon-stimulated response elememt (ISRE) motif (Levy et al., 1988) ， 另 外 STAT1-STAT1 與 STAT3-STAT3 同雙聚體則會與 DNA 的 TTCNNNGAA 或 TTCNNNNGAA

結合，這些序列稱之為 interferon-γ activated site (GAS) motif (Horvath et al., 1995)。STATs 蛋白質的活化是短暫而迅速的過程，活化的 STATs 蛋白

質會立即被許多的負向調控因子影響其活性，包括：protein tyrosine phosphatase (PTPs)、suppressor of cytokine signaling (SOCS)、ubiquitin proteasome system 與 PIAS 蛋白質 (protein inhibitor of activated STAT)，

這些負向調控因子會藉由去除酪胺酸的磷酸化、抑制酪胺酸激酶的活性或 是水解蛋白質等來調控 JAK-STAT 的訊息傳遞，使其不過度活化或去活化 而達到平衡狀態，如果過度活化或抑制其訊息傳導將導致許多免疫性疾病 或癌症的發生 (Levy and Darnell, 2002)。

第五節、

STATs 蛋白在細胞生理功能上所扮演的角色

從基因剔除鼠的研究中發現，不同的 STATs 蛋白質在細胞生理功能上 所扮演的角色也有所不同。STAT1 和 STAT2 的基因剔除小鼠在干擾素 α/β

的訊息傳遞上出現缺陷，使個體對於病毒及微生物的感染缺乏初級免疫反 應 (Durbin et al., 1996; Meraz et al., 1996)，顯示 STAT1 與 STAT2 在抗外 來病原的免疫反應中扮演非常重要的角色。STAT3 基因的剔除導致小鼠在 胚胎發育第 7.5 天即死亡，表示 STAT3 蛋白質對於個體的發育無法被其他

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STATs 蛋 白 質 所 取 代 (Akira, 1999) ； STAT4 和 STAT6 分 別 傳 遞 interleukin-12 (IL-12)、interleukin-13 (IL-13) 引起的訊息，同時也影響第

一型和第二型協助者 T 細胞 (helper T cell) 的分化 (Kaplan et al., 1996;

Takeda et al., 1996)。STAT5α 負責傳遞泌乳激素 (prolactin) 結合上細胞

外蛋白的接受器因而起始訊號傳遞，並與哺乳動物乳腺組織發育及分泌乳 汁功能有關 (Liu et al., 1997)。STAT5β 基因缺失的小鼠，因生長賀爾蒙的

訊息傳遞路徑無法正常的傳遞，導致小鼠的生長緩慢，同時也影響自然殺 手細胞 (natural killer cell) 的增生 (Udy et al., 1997)；而 STAT5α 與 STAT5β 的雙重剔除鼠則無法產生自然殺手細胞 (Igaz et al., 2001)。

第六節、

STAT1 與 STAT2 蛋白質的細胞生理功能

STAT1 具有兩種結構異構物，分別是STAT1α與STAT1β，STAT1α蛋白

質由 750 胺基酸組成，其分子量為 91 kDa。STAT1β是STAT1 mRNA經過 選擇性剪切 (alternative splicing) 後的產物，分子量為 84 kDa，其仍保有 Tyr 701 的位置，但缺少了C端轉錄活化區之 38 個胺基酸，因此缺乏Ser 727 的位置。STAT1β扮演抑制STAT1α的角色，會減弱並抑制STAT1α調控下游 基因的能力 (O'Shea et al., 2002)。STAT1 蛋白質的N端區域包含STAT1 蛋白質第 1-135 胺基酸，主要是與其他蛋白質交互作用的位置；而胺基酸 136-317 的區域由 4 個螺旋捲曲結構 (helical coiled-coil) 所組成，此區域

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主要與一些重要的調控蛋白結合，例如：N-myc interacting protrein-1 (Nim-1) 會結合到STAT1 蛋白質的此區域，進而吸引CREB-binding protein (CBP) 與STAT1-Nim-1 形成複合體，增加STAT1 蛋白質調控下游基因的活 性 (Zhu et al., 1999)；DNA結合區域包含胺基酸 318-488 的位置；胺基酸 577-683 為SH2 區域，此區域會與另一個磷酸化的STATs蛋白質形成雙聚

體；C端轉錄活化區域位於胺基酸 684-750 之位置，會接受其他轉錄因子或 共同活化因子 (co-activator) 的調控，加強STAT1 蛋白質的轉錄活性，此 區域包含Tyr 701 的胺基酸，此胺基酸之磷酸化會促進STAT1 形成雙聚體，

另外C端轉錄活化區域也包含Ser 727 的位置，此胺基酸的磷酸化則會增加 STAT1 蛋白質的轉錄活性 (Shuai et al., 1993)。STAT1 蛋白質在細胞內的 活性受到許多轉錄後修飾的調控，其中包括：磷酸化 (phosphorylation)、

乙醯化 (acetylation)、泛素化(sumoylation)、甲基化 (methylation) 與硫胱 氨酸蛋白酶 (caspase) 調控的轉錄後修飾等。當細胞受到細胞素的刺激 下，會促進JAK的活化並磷酸化STAT1 蛋白質 701 的位置，進而活化STAT1 蛋白質；而當細胞受到環境的壓力刺激下，會促使STAT1 蛋白質serine 727 的磷酸化，增加其轉錄的活性 (Kovarik et al., 1999)，而最近的研究指出 INF-α 會 透 過 Ca²⁺/calmodulin-dependent kinase Ⅱ (CaMKⅡ) 磷 酸 化 STAT1 蛋白質serine 727 之位置 (Nair et al., 2002)，此外INF-α/β及INF-γ 也藉由protein kinase C-δ (PKC-δ) 來誘發STAT1 蛋白質serine 727 位置之

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磷酸化 (Nguyen et al., 2001)。STAT1 蛋白質也受到組織蛋白去乙醯基酶 (histone deacetylase) 及組織蛋白乙醯轉移酶 (histone acetyltransferase) 的調控，造成lysine 410 及lysine 413 位置的乙醯化，促使STAT1 蛋白質與 其他蛋白結合，例如：黑色素瘤細胞 (melanoma cell) 內乙醯化STAT1 蛋

白質會與NF-κB p65 結合，並降低NF-κB蛋白質對抗細胞凋亡的能力 (Kramer et al., 2006)；此外研究指出PIAS1 蛋白質會對STAT1 蛋白質lysine 703 的位置進行類泛素化，Ungureanu等人發現，當PIAS1 對STAT1 進行 類泛素化時，會減低STAT1 蛋白質調控下游基因的能力 (Ungureanu et al., 2003)；STAT1 蛋白的甲基化現象則發生在胺基酸arginine 31 的位置，甲 基化會增加STAT1 與DNA結合的能力，並擴大STAT1 調控下游基因的活性 (Mowen et al., 2001)；當細胞有雙股RNA (double strand RNA) 出現時，

會活化硫胱氨酸蛋白酶並對STAT1 蛋白質胺基酸aspartic acid 694 的位置 進行剪切，去除大部分的C端轉錄活化區域，導致STAT1 蛋白質失去轉錄 活性，調控細胞凋亡反應 (King and Goodbourn, 1998)。STAT1 會受到許 多的轉錄後修飾影響其活性，而活化的STAT1 藉由與DNA特定序列結合來 調控下游基因的表現。然而在不同的上游刺激會影響STAT1 蛋白質結合到 不同的DNA序列，當細胞受到INF-γ的刺激時，會促進STAT1 形成STAT1 同雙聚體或與STAT3 形成異雙聚體，並進入到細胞核內與DNA上的GAS序 列結合；而INF-α或INF-β結合到細胞表面的接受體時，則會刺激STAT1 與

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STAT2 結合形成STAT1-STAT2 異雙聚體，與DNA上的ISRE序列結合影響 下游基因的表現。

二、 STAT2

STAT2 蛋白質是由 851 個胺基酸所組成，分子量約為 113 kDa，STAT2 無serine的磷酸化位置，但仍保有tyrosine 690 磷酸化之位置，當細胞上的 interferon α/β receptor-1 (INFAR-1) 及INFAR-2 接受到第一型干擾素的刺 激時，會促使INFAR-1 及INFAR-2 聚合形成雙聚體，INFAR-1 上的tyrosine 466 會被tyrosine kinase 2 (TyK2) 所磷酸化，磷酸化的tyrosine可做為 STAT2 蛋白質的結合處，讓STAT2 蛋白前來結合並磷酸化tyrosine 690 的 位置，tyrosine 690 磷酸化的STAT2 蛋白質會提供一個接合位置與尚未活 化的STAT1 蛋白質結合，形成異雙聚體並促使STAT1 tyrosine 701 的位置 磷酸化，此時的STAT1-STAT2 異雙聚體會進入細胞核內調控下游基因的表 現 (Aaronson and Horvath, 2002)。研究報告指出，INFα會透過活化STAT1 與STAT2 蛋白質來增加抗病毒蛋白質的表現，啟動對抗外來病毒的機制 (Christian et al., 2009)。文獻指出，星狀神經膠細胞 (astrocyte) 藉由活化 STAT2 促進chemokine ligand 5 (CCL5) 的表現，進而活化T細胞以便進行 後續的免疫反應 (Kim et al., 2004)。此外STAT2 也調控細胞凋亡的現象，

當細胞受到INF α/β刺激加上STAT2 蛋白質SH2 區域的Tyr 631 發生突變 時，會提高細胞凋亡的現象 (Scarzello et al., 2007)。

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第七節、 層黏蛋白 (Laminin，LN) 家族