细胞生物学研究中的激活剂和抑制剂.docx

1、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Anandika Dhaliwal (anandika dot dhaliwal at gmail dot com)Rutgers University, New Jersey, United States译者王秀英 (mary at labome dot com)美国新泽西州普林斯顿合原研究有限责任公司 (Synatom Research)DOIhttp:/dx.doi.org/10.13070/.3.185日期更新 : 2014-09-18; 原始版 : 2013-04-27引用实验材料和方法 2013;3:185摘要在细胞生

2、物学研究中使用的化学激活剂和抑制剂的综述。 英文摘要A comprehensive review of chemical activators and inhibitors used in cell biology research. 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的抗微管蛋白着色

3、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

4、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。抑制剂靶点机制作用特点及效果参考文献、来源及供应商细胞松弛素D（C30H37NO6）肌动蛋白结合于肌动蛋白核和F-

5、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。123, Sigma-Aldrich, EMD/Millipore, Tocris Bioscience, Enzo Life Science, Invitrogen, Santa Cruz Biotechnology, Cayman ChemicalLantraculin A（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 = 200 nM）。溶于DMSO和乙醇。比细胞

6、松弛素的抑制效果强10-100倍。抑制巨噬细胞的吞噬作用。比Lantraculin B的效果更强。1234, Invitrogen, Tocris Bioscience, Sigma-Aldrich, Cayman Chemical, Santa Cruz Biotechnology, EMD/MilliporeLantraculin B（C20H29NO5S）肌动蛋白体外反应中抑制肌动蛋白的聚合（Kd = 60 nM）。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。567, In

7、vitrogen, Sigma-Aldrich, Cayman Chemical, Santa Cruz Biotechnology, EMD/Millipore, Enzo Life ScienceWiskostatin（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100 mM。同样抑制PIP2诱导的肌动蛋白聚合反应(EC50 4M)。抑制依赖于肌动蛋白的细胞功能（迁移、运输、吞噬、内褶）。8910, Affix Scientific

8、, Enzo Life Science, Sigma-Aldrich, Tocris BioscienceMycalolide B（C52H74N4O17）肌动蛋白它选择性地将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 nM）。溶于DMSO、甲醇或异丙醇。抑制肌动球蛋白ATP酶。111213, Santa Cruz Biotechnology, Enzo Life ScienceNocodazole（C14H11N3O3S）微管抑制微管的动态变化并促使微管解聚。与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10 mg/m

9、l。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。14151617, Sigma-Aldrich, Tocris Bioscience, Cell Signaling Technology, 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。181619, Sigma-Aldrich, Tocris Bios

10、cience, EMD/Millipore, Santa Cruz Biotechnology。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50 mg/ml，在水中溶解度可达100 mM，DMSO中溶解度可达100 mM。有丝分裂抑制剂。在一些正常的及癌症细胞系中诱导凋亡202122, Sigma-Aldrich, Tocris Bioscience, 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。232425, Si

11、gma-Aldrich, Tocris Bioscience, EMD/Millipore, Santa Cruz Biotechnology。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2 mg/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。26272829, Sigma-Aldrich, EMD/Millipore, Santa Cruz Biotechnolog

12、y, Invitrogen, Tocris Bioscience紫杉醇（Taxol）（C47H51NO14）微管结合于-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。303132, Sigma-Aldrich, EMD/Millipore, Cell Signaling Technolgy, Cytoskeleton Inc.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

13、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。333435, Sigma-Aldrich, EMD/Millipore, Tocris Bioscience, Santa Cruz Biotechnology, Enzo Life Science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

14、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

15、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Eeyarestatin I（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10

16、0mM，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。3637383940, Sigma-Aldrich, EMD/Millipore, Tocris Bioscience, Santa Cruz BiotechnologyDBeQ（C22H20N4）内质网相关蛋白降解途径以可逆且ATP竞争性的方式（Ki = 3.2 M）抑制ATP酶p97活性（对于野生型或C522A p97的IC50 = 1.6 M）DMSO中溶解度达100 mM。在R

17、PMI8226、HeLa和HEK29细胞中抑制细胞增殖。抑制caspase 3/7活性及凋亡。4142, Sigma-Aldrich, EMD/Millipore, Tocris Bioscience, BioVision Inc.Xestospongin C（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。434445, Sigma-Aldrich, EMD/Millipore, Cayman Chemica

18、ls, Tocris BioscienceKifunensine（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（双蒸热水）中溶解度达50 mM。生物碱化合物。选择性抑制负责加工I类糖蛋白的-甘露糖苷酶。4647, Sigma-Aldrich, EMD/Millipore, Cayman Chemicals, Tocris Bioscience, Santa Cruz Biotechnology.衣霉素（C39H60N4O16）蛋白折叠诱导内质网应激。抑制N-糖基化并阻断N-糖苷蛋白-糖类键的形成。溶于DMF、DMSO和吡啶。衣霉素A、B、C和D的混合物。

19、引起G1期阻滞。抑制N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶（GPT）。剂量依赖性地抑制DNA合成。484950, Sigma-Aldrich, Tocris Bioscience, EMD/Millipore, Santa Cruz Biotechnology。毒胡萝卜素（C34H50O12）肌浆网Ca2+ ATP酶（SERCA）抑制肌浆网Ca2+-ATP酶。抑制自噬过程并诱发内质网应激。溶于DMSO和乙醇。可渗透细胞。诱导凋亡。被用于诱导哺乳动物细胞自噬。515253, Sigma-Aldrich, EMD/Millipore, Tocris Bioscience.ERO1抑制剂I, Erodoxin（C

20、7H5BrN2O5）内质网氧化酶1抑制剂选择性抑制酵母内质网氧化酶1（ERO1）。对小鼠ERO1（IC50 = 400 M）抑制较弱溶于DMSO。体外抑制依赖于ERO1的硫氧还蛋白-1（Trx1）氧化活性。与参与蛋白折叠、糖基化和细胞壁合成的基因聚类。54, EMD/Millipore兔抗内质网蛋白72（623-638）多克隆抗体识别小鼠大脑、脾脏、睾丸和大鼠脑、肌肉、脾、睾丸组织中72 kDa的ERp72蛋白。以及人宫颈上皮细胞（HeLa）、人成纤维细胞（A431）、人胸腺细胞（Hs67）和小鼠成纤维细胞（3T3）的细胞裂解物。555657, EMD/Millipore, US Biolog

21、ical, Novus Biologicals.表3.常用的内质网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5,8,11-二十碳三炔酸（C20H28O2）在MDCK细胞中引发Ca2+从内质网中释放。引起Ca2+从内质网、线粒体和其它浓度达30 M的钙库中释放出来乙醇中溶解度达25mg/ml，DMSO中溶解度达25mg/ml或溶于二甲基甲酰胺。脂肪氧化酶的抑制剂。在较高浓度下抑制环氧合酶。5859, Sigma-Aldrich, Cayman Chemicals, Enzo Life SciencesSalubrinal（C21H17Cl3N4OS）防止内质网应激保护细胞免受内质网

22、应激所诱导的凋亡（EC50 15 M）。溶于DMSO。选择性抑制使真核翻译启动因子2亚基（eIF-2）去磷酸化的磷酸酶复合体606162, Tocris Bioscience, Santa Cruz Biotechnology, EMD/Millipore.牛磺脱氧胆酸（TUDCA）（C26H44NaNO6S）抵抗内质网应激抑制内质网应激。溶于水。被用作去垢剂来使脂质和膜结合蛋白增溶。606162, Sigma Aldrich, Santa Cruz Biotechnology, EMD/Millipore.表4.常用的内质网激活剂。高尔基体高尔基体是真核细胞中的一种细胞器，是细胞内膜系统的一

23、部分。高尔基体长约1 M，并由两部分组成：被称为潴泡的扁平膜囊和膜封闭的小泡。它在各种蛋白分泌前的加工过程中起着重要的作用。高尔基体的各种功能包括：它从来自粗面内质网、含有蛋白质的囊泡处接收蛋白并进行进一步修饰。细胞合成的各种大分子在分泌前或被送到各自目的地之前，都由它负责修饰、富集、分类及包装。它通过加入糖基和磷酸基团来对蛋白修饰。它在动物细胞胞外基质的蛋白聚糖合成中起着重要作用。植物细胞壁中的多糖合成位点。抑制剂靶点机制作用特点及效果参考文献、来源及供应商1,3-环己烷双甲胺（CBM）（C6H10(CH2NH2)2 ）通过高尔基体运输到质膜。在体内和体外都可以抑制外被体蛋白与高尔基体膜结合

24、以及完整细胞的分泌溶于乙醇和乙醚636465, Sigma-Aldrich, Fisher Scientific布雷菲德菌素A（BFA）(C16H24O4）膜运输、高尔基体10 mg/ml）。导致高尔基体和反面高尔基网的解体与分散。抑制可溶性的和膜结合的蛋白质分泌。6970 Sigma-Aldrich, Tocris Bioscience, Santa Cruz Biotechnology, EMD/Millipore1-Deoxymannojirimycin（DMM）（C6H13NO4HCl）糖蛋白加工抑制N-糖基化。抑制甘露糖苷酶I。溶于乙醇和水。用于高尔基体介导的糖蛋白加工过程的研究。7

25、17273, EMD/Millipore, Sigma-Aldrich, Tocris Bioscience, Santa Cruz Biotechnology.表5.常用的高尔基体抑制剂。生物分子的分泌 分泌是指细胞或腺体产生和释放一种有用的物质，包括激素、酶、细胞因子和细胞外基质蛋白。该过程中物质被包装进囊泡然后以胞吐方式从细胞中分泌出来。 分泌途径：在真核细胞中，经典的分泌过程是通过内质网、高尔基体和其它细胞内囊泡来实现的，是一个由细胞严格调控的过程。广义上来说，要输送出去的蛋白被核糖体合成后停靠在内质网上进行转运。然后含有正确折叠的蛋白的囊泡进入高尔基体。糖基化修饰后进一步进行翻译后修

26、饰。然后蛋白质进入分泌囊泡，沿着细胞骨架移至细胞边缘。最后一步就是囊泡在一个被称为融合孔的结构处与细胞膜融合并进行胞吐，蛋白就被释放到环境中。 非经典的蛋白质分泌途径：有许多蛋白不是通过牵涉到内质网和高尔基体的经典途径来分泌的，相反是利用各种不同的非经典的蛋白质分泌途径来分泌的。这些蛋白包括FGF-1（aFGF）、FGF-2（bFGF）和白细胞介素-1（IL1） 7475 。非经典的分泌机制大致可分为两种。1) 直接使物质跨过胞质蛋白的质膜进行转运，例如FGF2的分泌。2) 胞内转运中间物，例如酰基辅酶A结合蛋白的分泌 76 。抑制剂靶点机制作用特点及效果参考文献、来源及供应商CP-10447

27、（C16H13BrN2O）载脂蛋白B（apoB）分泌抑制微粒体甘油三酯转移蛋白（MTP, MTTP）并刺激apoB的早期内质网降解溶于DMSO（10 mg/ml）。抑制甘油三酯分泌而不影响其合成。人体肝脏微粒体甘油三酯转运活性的有效抑制剂。777879, Sigma-Aldrich, PfizerExo 1（C15H12NFO3）胞吐在哺乳动物细胞中通过诱导高尔基体膜解体和成管以及重新运输回内质网来可逆地抑制从内质网到高尔基体间的囊泡运输。溶于DMSO、DMF、甲醇或乙醇。它的影响仅限于高尔基体，不能影响其它的内吞细胞器。活化高尔基ARF 1（ADP核糖基化因子）GTP酶。80, Sigma-

28、Aldrich, EMD MilliporeExo 2（C18H18N4O2S）胞吐类似于BFA但是选择性更强。可能的靶点包括TGN（反面高尔基网）、高尔基体和一部分早期内涵体溶于DMSO（20 mg/ml）。抑制志贺毒素运送到内质网。作为胞内运输的一种化学探针。818283, Sigma-Aldrich, Santa Cruz Biotechnology生长激素抑制素（C76H104N18O19S2）生长激素、胰岛素和胰高血糖素抑制生长激素、胰岛素和胰高血糖素的内源性肽溶于5%乙酸，水中溶解度为0.30 mg/ml。它是一个环状十四肽。同样抑制电压门控Ca2+通道。848586, Tocri

29、s Bioscience, Sigma-Aldrich, EMD/Millipore奥曲肽（C49H66N10O10S2）胃肠胰肽激素和生长激素它是一个合成的较长作用八肽，是生长激素抑制素的类似物。溶于水8788, Sigma-Aldrich, Bachem, Tocris BioscienceSXN101742，一种定向分泌抑制剂（TSI）生长激素它靶向于GHRH（生长激素释放激素）受体并使参与GH（生长激素）胞吐过程的SNARE蛋白耗尽。TSI是来自于肉毒毒素（BoNTs）的重组蛋白。8990, Syntaxin Ltd.抗FGF1抗体酸性成纤维细胞生长因子（aFGF）酸性成纤维细胞生长因子抗体/Beta血管内皮细胞生长因子抗体。产自于兔子或小鼠。与人反应。其应用包括WB、ELISA、IHC-P及中和。用于各种应用的方法及浓度请参考生产商的操作流程91929394, Sigma-aldrich, Abcam, Origene, Thermo Scientific.表6.常用的分泌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-蛛毒素