岩藻糖转移酶(Fucosyltransferase, FUT)家族是一类糖基转移酶分子,参与细胞表面糖蛋白及糖脂糖链的合成,在多种生理进程中发挥作用,主要集中在细胞粘附、淋巴细胞归巢、白细胞运输、血型的形成以及胚胎发育等方面。根据各转移酶的活性不同可将岩藻糖转移酶家族划分为四个亚家族,分别为α1,2,α1,3/4,α1,6,和PO-岩藻糖转移酶。α1,3/4岩藻糖转移酶是岩藻糖转移酶家族中成员最多的一个亚家族,是合成唾液酸化路易斯寡糖X (SLeX)的关键酶,已有的研究表明这类酶的异常表达和肿瘤发生发展乃至浸润转移等方面存在重要的联系。本论文的第一部分采用分子生物学和细胞生物学的实验方法着重对α1,3/4亚家族的岩藻糖转移酶VI (FUT6)在肝癌中的表达变化,生物学功能和分子作用机制进行研究。通过实时定量PCR,我们发现在mRNA水平上,FUT6在肝癌组织中的表达水平显著高于相应的癌旁正常组织,WB检测也显示FUT6的产物SLeX在癌组织中的表达也高于相应的癌旁组织,这些结果提示了FUT6与肝癌发生发展的内在联系。为了进一步研究FUT6是如何参与到肝癌发生发展中,我们挑选了两个代表性肝癌细胞系SMMC-7721和SK-Hep1进行了FUT6的功能研究。在瞬时表达FUT6的肝癌细胞株中,SLeX的表达和外源FUT6的表达正相关。同时,FUT6基因的表达能显著提高肝癌细胞S期细胞群比例,在分子水平,周期相关因子p21的表达水平也随外源FUT6表达水平的增高而降低。FUT6稳定表达细胞株的细胞生长速率和克隆形成率均高于稳定转染空质粒的对照细胞株,同时,FUT6的表达还显著提高了肝癌细胞在层黏连蛋白(fibronectin)表面的黏附能力。在裸鼠移植瘤实验中,FUT6稳定细胞株的瘤体生长速率显著高于对照组,进一步证明FUT6能够促进肝癌细胞体内外的生长。为了探究FUT6促进细胞生长的分子机制,我们对稳定表达细胞株中的分子信号通路进行了检测。结果显示FUT6的表达能够显著抑制细胞表面多种整合素亚基(包括整合素α5,β1,αv,p3)的表达水平,促进细胞内部Akt磷酸化水平的增加,并能抑制周期相关蛋白p21的表达,但FUT6的表达对p27没有影响。从本部分的结果看来,岩藻糖转移酶FUT6促进肝癌细胞体内外的生长的生物学活性与FUT6在肝癌组织中上调表达变化的现象是相一致的。FUT6很可能是通过细胞内PI3K/Akt信号通路抑制细胞周期抑制因子p21的表达水平,从而实现其细胞生物学作用。这些发现为肝癌发生发展的分子机制增添了新的内容,也为开发有效的肝癌标记物和肝癌治疗靶点提供重要的实验证据。本论文的第二部分利用生物信息学技术对α1,3/4岩藻糖转移酶亚家族的功能进行了分析。由于岩藻糖转移酶家族的成员众多,基因序列差异较大,表达谱和生物学功能也各不相同,利用分子生物学研究其家族的功能和进化仍然存在很大的局限性。在这项工作中,我们利用基于蛋白序列保守基序的分析为该家族成员的功能研究提供了一条新的思路。研究首先对五个物种,人(Homo sapiens)、黑猩猩(Pan troglodytes)、小家鼠(Mus musculus)、热带爪蟾(Xenopus tropicalis)、秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)中的岩藻糖转移酶α1,3/4亚家族的8个成员进行了序列分析,运用MEME法在前人工作基础上发现一个新的基序。序列比对、功能位点分析以及三维构象模型的构建推论该基序具有一个蛋白激酶C磷酸化位点,不仅在序列上有较强的保守型,还能体现出α1,3/4亚家族各成员间的分化关系。人岩藻糖转移酶FUT6三维构象也显示,这一基序位于供体结合区域的中心位置,通过折叠与供受体结合活化位点Cys142靠近,并在蛋白表面能够形成口袋状的底物结合结构。利用该家族蛋白基序序列构建系统发育树,所展现的各成员亲缘远近关系与Diverge软件所推测的功能分化关系一致,优于基于蛋白全长序列所构建的系统发育树。这项研究使α1,3/4岩藻糖转移酶亚家族的保守基序增加到6个,且这一基序很可能是供体结合区域的活性位点,对该亚家族的功能分化起着关键作用。同时,研究还发现该基序可能在蛋白激酶C信号通路中发挥了一定的作用。总之,这一部分的工作为α1,3/4岩藻糖转移酶亚家族功能和进化的分子生物学研究提供了新的方向,同时也为蛋白家族进化的研究提供了一种新的途径。