[发明专利]与人神经系统发育有关的新基因及其编码的蛋白质

说明书

本发明属于分子生物学领域，具体地说，本发明涉及一种与人类神经系统发育有关的基因，其编码的蛋白质及其应用，后文称该基因为hMATH-2。

转录因子是通过在转录水平上调控基因表达和功能的一类蛋白质分子，它可形成同源或异源多聚合物并与位于基因上游的调控区域的DNA(如启动子或增强子等)相结合来调控基因的表达。含有Helix-loop-helix(HLH)功能域的转录因子家族是其中重要的一类。这类蛋白通过位于HLH功能域螺旋区的疏水性氨基酸残基之间的相互作用形成异源和同源二聚体。大多数HLH蛋白在HLH功能域旁边有一高度碱性的功能域(Basic Region)，在15个氨基酸中约有6个残基高度保守，该功能域是结合DNA所必需的。具有basic功能域的HLH转录因子称为bHLH转录因子(蛋白)。BHLH蛋白形成异源或同源二聚体后，basic功能域与靶基因的E-box保守序列(CANNTG)结合。E-box一般位于发育相关基因的启动子或增强子内。近年大量研究表明，bHLH蛋白对于组织特异性的发育和分化起关键作用(Li L等，Dev Biol 1995 172(1)：280-292；Gallell J等，Bioassays 1991 13(10)：493-498；Mutoh H等，P.N.A.S.USA 199794(8)：3560-3564；Naya FJ等，Genes Dev 1995 9(8)：1009-1019)。九十年代以来，从果蝇和哺乳动物中相继分离和克隆到了多个与神经生长发育和分化相关的bHLH因子(Kageyama R等，Curr Opin GenetDev 1997 7(5)：659-665；Lemercier C等，Dev Biol 1997 182(1)：101-113)。小鼠的MATH-2/NEX-1(Shimizu C等，Eur J Biochem 1995229(1)：239-248；Batholoma A等，Mech Dev 1994 48(3)：217-228；Schwab MH等，J Neurosci 1998 18(4)：1408-1418)，Neuro D，Neuro D2和Neuro D3等基因与果蝇的Atonal基因在bHLH区域有较高的同源性，组成一个bHLH家族(Kawakami H等，Biochem Biophys ResCommun 1996 221(1)：199-204；Kume H等，Biochem Biophys ResCommun 1996 219(2)：526-530；McCormick MB等，Mol Cell Biol 199616(10)：5792-5800；Lee JE等，Dev Biol 1997 182(1)：101-113)。人的Neuro D1，Neuro D2，Neuro D3基因也已有报道(Yokoyama M等，Brain Res Mol Brain Res 1996 42(1)：135-139；Acharya HR等，BiochemBiophys Res Commun 1997 233(2)：456463)。

90年代初，人们已获知HLH因子是果蝇神经发育过程中必需的因子。进入90年代后期，HLH因子愈发成为发育学研究的热点，在这一领域不断有新的发现。1994年，Bartholoma A等人(Mech Dev48(3)：217-228)研究发现果蝇与小鼠的外周神经系统发育由于某些基因的突变而受到影响，这一现象表明，神经元的分化与不同种类bHLH蛋白协调表达有关。他们还从小鼠中获得一种被称为NEX-1的bHLH基因，它在哺乳动物的中枢神经系统中高度表达。并认为NEX-1可能在成体的神经系统中也发挥着重要的作用。

1995年，Shimizu C.等人(Eur J Biochem 229(1)：239-248)发现，哺乳动物体内也存在与果蝇HLH同源的因子。这一发现为研究哺乳动物神经系统的发生机制提供了重要的信息。他们报道了一种小鼠HLH因子的分子特性，这种因子被命名为MATH-2。MATH-2的结构与果蝇的Atonal结构相似。MATH-2基因编码337个氨基酸残基，其蛋白产物含有一个与Atonal相似的bHLH功能域，而在这一区域之外，MATH-2与Atonal两者的序列无明显相似性。对小鼠的MATH-2基因研究发现，MATH-2仅在神经系统中有特异性表达，并且在胚胎发育的不同时期，MATH-2在神经系统中的表达部位和表达量均有变化。这表明MATH-2对神经系统的发育起到重要的作用。