氨基酸限制與解毒酵素---pi型Glutathione S-Transferase活性與表現(I)

一般認為氨基酸的角色主要是在代謝方面，例如做為生合成各種蛋白質的原料、修補體
組織、神經傳導物質(neurotransmitters)先質或提供能量等，對生物體生理功能的維持有著重
要角色。在哺乳動物中，氨基酸濃度在體內也因此須維持在一個穩定的狀態。雖然氨基酸的
角色以往被認為主要是在代謝方面，近年來，越來越多證據卻也顯示體內氨基酸狀態可以扮
演一個訊號，透過訊息傳遞途徑，調控基因表現，此一事實可由參與原核細胞或簡單真核細
胞內氨基酸合成酵素，比如醯胺天門冬氨酸合成脢（aspargine synthase），在天門冬氨酸或白
氨酸等氨基酸缺乏時被誘發，而得到支持。除了氨基酸合成酵素，當然也有多種基因的表現
也已被證實可受到氨基酸的影響，比如insulin-like growth factor binding protein-1 與CHOP。
目前已知，此一調控可分別作用在轉譯與轉錄階段，比如，酵母菌分別可透過GCN2 (general
control non-derepressing kinase-2)磷酸化轉譯因子eIF-2α (eukaryotic initiation factor-2 α)調控蛋
白質的轉譯作用，也可透過4E-BP1 (eIF4E-binding protein-1)及ribosomal protein S6 (rpS6)的磷
酸化調節蛋白質轉譯作用。至於，轉錄階段的調控，則已有所謂amino acid response element
或nutrient-sensing response elements 的發現。然而，截至目前為此，哺乳動物中氨基酸調節基
因表現之機制仍有很多不清楚之處，極待深入膫解。
本實驗室先前在探討胰島素及甲基脫氫皮質醇(dexamethasone)對胞內glutathione (GSH)
生合成之影響時，發現一個有趣現象，當肝細胞培養在含低含硫氨基酸（0.1mM 甲硫氨酸
+0.1mM 半胱氨酸）的細胞培養液時，π型GSH 硫轉移脢(π form of GSH S-transferase, PGST)
蛋白質及mRNA 表現均明顯高於培養在高含硫氨基酸（1.0 mM/1.0 mM)的細胞，此一結果顯
示，含硫氨基酸濃度似乎可影響肝細胞PGST 表現。PGST 是一屬於phase II 的解毒酵素，文
獻指出PGST 可降低肝癌的發生，活性增加的程度也曾被作為評估不同化合物抑制
benzo-[a]-pyrene 誘發前胃癌效應的指標，它也是一種tumor marker。目前為止，我們僅初步
針對含硫氨基酸濃度高低對PGST 蛋白質與mRNA 含量變化進行分析，尚未比較其他氨基酸
是否也有類似作用，也未探討其中可能調控機轉，所以本計畫打算以兩年時間，根據先前實
驗結果，進一步結合分子生物技術，預計完成下列兩項目標，（一）比較不同氨基酸對PGST
活性及其蛋白質與mRNA 表現效應，（二）探討氨基酸調控PGST 基因表現可能機轉。實驗
分析項目將包括：PGST 酵素活性分析；利用Western 和Northern blot 分析PGST 蛋白質與
mRNA；建構PGST reporter，探討基因調控區(promoter)上可能作用的位置；進行run on assay
檢測PGST mRNA轉錄速率；執行electrophoretic mobility shift assay (EMSA)，探討可能與DNA
結合的轉錄蛋白質。透過本計畫執行，期能進一步瞭解氨基酸調控PGST 表現的機制，增進
我們對氨基酸在解毒功能上可能扮演角色的瞭解。