7．2．2　Mn－SOD表達(dá)的調(diào)控

在原核生物，曾有較為深入的初步研究，表明大腸桿菌Mn－SOD基因編碼的Mn－SOD受轉(zhuǎn)錄水平和翻譯后水平的調(diào)控，至少包含有6個(gè)總轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)子。

1994年，Wan等獲得了長達(dá)1　285bp的人Mn－SOD基因組DNA序列，全序列分析表明，人Mn－SOD是單拷貝基因，人Mn－SOD基因組包含5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)顯子，轉(zhuǎn)錄起始部位上游的5′端序列僅長782bp，通過引物延伸實(shí)驗(yàn)，找到一個(gè)與眾不同的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TIS）位于翻譯起始點(diǎn)上游，亦即第一外顯子起始密碼（ATG）上游74bp處。在轉(zhuǎn)錄起始部位的上游，有一長約400bp的區(qū)段，G＋C含量高達(dá)78%，集中分布著7個(gè)SP－1（Promoterselective Transcription Factor－1，5′－GGGCGG－3′）和3個(gè)AP－2（Activator Protein－2，5′－CCGCGGGCG－3′）轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合序列。但在5′端上至780bp的范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)一般基因所常見的TATA和CAAT盒序列，除5′端有與AP－2和SP－1一致的序列外，3′端還各含有一個(gè)與SP－1和NF－κB一致的序列。這些潛在的調(diào)節(jié)元件的生物學(xué)功能目前尚在研究之中，但SP－1、AP－2和NF－κB一致序列的存在提示，這些潛在調(diào)節(jié)因素在人Mn－SOD基因表達(dá)調(diào)控中可能起著重要作用。AP－2激活轉(zhuǎn)錄可經(jīng)由佛波醋（Phorbol Ester）介導(dǎo)的蛋白激酶C途徑。

1996年，Zhang等從人白細(xì)胞基因組文庫中得到一個(gè)Mn－SOD基因組DNA序列，其5′端序列長5　538bp，揭示人Mn－SOD基因的啟動子位于－200bp～－1bp之間，此序列的G＋C含量高達(dá)84%，在啟動子區(qū)域含有8個(gè)Sp1結(jié)合位點(diǎn)。同時(shí)他們將Mn－SOD基因5′端上游序列連入CAT報(bào)告基因（pGCAT5538），并進(jìn)行了HepG2、神經(jīng)胚細(xì)胞瘤及皮膚纖維原細(xì)胞等細(xì)胞系檢測功能的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：人Mn－SOD基因表達(dá)受一個(gè)啟動子控制，圍繞轉(zhuǎn)錄起始部位的－114bp到＋38bp區(qū)段（152bp）具有引導(dǎo)下游基因表達(dá)的最強(qiáng)活性，此區(qū)段中包含4個(gè)SP－1轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合序列，應(yīng)是hMn－SOD基因主要啟動子的所在部位；－34bp到＋38bp區(qū)段是RNA聚合酶和轉(zhuǎn)錄起始因子的結(jié)合部位，是調(diào)控人Mn－SOD基因啟動子活性的主要轉(zhuǎn)錄因子；人Mn－SOD基因啟動子可被上游一個(gè)富含GC的DNA序列所激活，此序列含有3個(gè)Sp1結(jié)合位點(diǎn)（－114bp～＋38bp），并且第一個(gè)Sp1結(jié)合位點(diǎn)（－18bp～－12bp）可能在人Mn－SOD基因啟動子的轉(zhuǎn)錄起始中起著重要作用。轉(zhuǎn)錄起始部位上游－2　013bp到－223bp區(qū)段在肝癌細(xì)胞中引導(dǎo)基因表達(dá)的活性明顯高于神經(jīng)瘤細(xì)胞，而－717bp到－223bp區(qū)段在兩種細(xì)胞中的表達(dá)活性相似，提示在－2　013bp到－717bp區(qū)段內(nèi)可能存在負(fù)調(diào)控序列，對Mn－SOD基因的組織或細(xì)胞特異性表達(dá)起重要作用。Zhang鑒定的轉(zhuǎn)錄起始部位與Wan等稍有不同，即轉(zhuǎn)錄起始部位位于第1外顯子起始密碼上游67bp處，并且在長達(dá)5．5kb的5′端上游序列中又發(fā)現(xiàn)了一些重要調(diào)控元件，如一個(gè)AP－1轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合序列（5′－GTGACTTAA－3′），一個(gè)急性期反應(yīng)序列（5′－CTGGGA－3′），及兩個(gè)與Egr－1基因調(diào)控序列（5′－GCGGGGGCG－3′）相近序列（5′－GCGGGGCG－3′）等。特別值得一提的是Egr－1基因調(diào)控序列，Egr－1基因最初自血清因子刺激增殖的小鼠3T3細(xì)胞中克隆，后被證實(shí)是在細(xì)胞受到輻射作用早期被大量誘導(dǎo)表達(dá)的基因，Mn－SOD基因結(jié)構(gòu)中存在與Egr－1基因類同的調(diào)控序列，是其具有輻射誘導(dǎo)特性的有力證據(jù)。此外還發(fā)現(xiàn)，人Mn－SOD一個(gè)最顯著的特征是在－1　584bp到－1　524　bp之間有一個(gè)殘留的人Alu序列。

人類和小鼠的Mn－SOD基因分別定位6號和17號染色體。小鼠Mn－SOD cDNA編碼序列與人類Mn－SOD有高度同源性。抗氧化酶的基因調(diào)節(jié)水平反映了細(xì)胞防御活性氧的最初水平。Mn－SOD對暴露于放射線、細(xì)胞因子、化療、缺血/再灌流和谷氨酸鹽神經(jīng)元毒性都有保護(hù)作用。Mn－SOD基因敲除小鼠，產(chǎn)生嚴(yán)重的心肌病和神經(jīng)變異性疾病，在出生后10天內(nèi)死亡，證實(shí)Mn－SOD酶具有重要的生理功能。表達(dá)人Mn－SOD mRNA的轉(zhuǎn)基因小鼠Mn－SOD活性比同窩出生的非轉(zhuǎn)基因小鼠提高，存活時(shí)間長，非上皮細(xì)胞抗氧化的能力增強(qiáng)，Mn－SOD mRNA水平的調(diào)節(jié)可能是細(xì)胞所有氧化還原狀態(tài)的重要生理機(jī)制。

Mn－SOD存在于線粒體中，它的催化活性不受其產(chǎn)物H₂O₂的抑制。線粒體是真核生物細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸的主要場所，通過其內(nèi)膜的電子傳遞鏈實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的功能；當(dāng)生物處于脅迫或病變條件下。線粒體內(nèi)膜電子傳遞受阻，將導(dǎo)致活性氧過量產(chǎn)生，對線粒體乃至整個(gè)細(xì)胞造成傷害。因此Mn－SOD是細(xì)胞線粒體內(nèi)消除超氧陰離子、保護(hù)線粒體不受活性氧傷害的關(guān)鍵酶。