謝加瓊綜述,任黔川審校
(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科,四川瀘州646000)
轉(zhuǎn)錄輔助因子PC4在腫瘤中的研究進(jìn)展
謝加瓊綜述,任黔川審校
(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科,四川瀘州646000)
轉(zhuǎn)錄輔助因子PC4;腫瘤;研究進(jìn)展
轉(zhuǎn)錄輔助因子PC4(Transcriptional positive coactivator 4),是一個(gè)功能強(qiáng)大的輔助激活因子,不僅參與轉(zhuǎn)錄,還參與DNA復(fù)制、損傷修復(fù),染色質(zhì)形成和細(xì)胞周期調(diào)控。近年來,通過PC4在肺癌、食管鱗癌、星型細(xì)胞瘤等腫瘤中的研究發(fā)現(xiàn),PC4與腫瘤關(guān)系密切。它參與腫瘤發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移過程,并且與腫瘤治療、預(yù)后密切相關(guān)。本文就PC4結(jié)構(gòu)和功能、參與p53正反饋調(diào)控、參與腫瘤發(fā)生發(fā)展的研究作簡(jiǎn)要綜述。
PC4,又稱p15/Subl(在酵母細(xì)胞中),屬轉(zhuǎn)錄共輔助因子家族成員,在物種進(jìn)化過程中,是結(jié)構(gòu)相對(duì)保守但具有重要生物學(xué)功能的一類核蛋白。Ge等[1]1994年從人上游因子刺激活性相關(guān)USA碎片中純化、克隆、鑒定獲取。人類PC4基因全長(zhǎng)約18.6 kbp,定位于染色體5p13.3,轉(zhuǎn)錄成3.5 kb mRNA。其轉(zhuǎn)錄翻譯編碼的PC4蛋白[2]分子量約為14 kDa,由127個(gè)氨基酸組成,包含兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)域。N-末端結(jié)構(gòu)域位于氨基酸1~62位,包含兩個(gè)富絲氨酸區(qū)域(SEAC),被富賴氨酸區(qū)域(LYS)分隔,SEAC為酪氨酸蛋白激酶Ⅱ(CKⅡ)作用位點(diǎn),與高度磷酸化相關(guān)。C-末端高度結(jié)構(gòu)化DNA結(jié)合域(PC4CTD)位于氨基酸62~127位,形成具有單鏈DNA結(jié)合通道的二聚體結(jié)構(gòu),與單鏈DNA結(jié)合,參與轉(zhuǎn)錄起始、延長(zhǎng)、終止、再啟動(dòng)等各階段。PC4蛋白還有一個(gè)雙鏈DNA結(jié)合域,位于氨基酸22~87位。在體內(nèi)95%由CKⅡ介導(dǎo)磷酸化的PC4是無活性的,只有5%的去磷酸化的PC4存在活性。
1.1 PC4與轉(zhuǎn)錄
真核RNApⅡ不能直接識(shí)別其靶啟動(dòng)子,需要系列GTFⅡs(TFⅡ-A、B、D、E、F、H)等協(xié)同才能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄,而激活性轉(zhuǎn)錄裝置尚需更多激活因子/USA參與調(diào)節(jié)。PC4最早是作為RNApⅡ的轉(zhuǎn)錄激活因子被發(fā)現(xiàn)的,參與激活基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄和激活性轉(zhuǎn)錄。采用GST pull-down檢測(cè)技術(shù)[3]發(fā)現(xiàn),人PC4與TFⅡB、TFⅡEβ、TFⅡFα、TFⅡFβ、TFⅡH XPG亞基較強(qiáng)結(jié)合,與THⅡHp62、TBP較弱結(jié)合,且人PC4蛋白還可與CDK7結(jié)合。Calvo等[4-5]通過一系列研究證實(shí)PC4存在于轉(zhuǎn)錄基因的任何區(qū)域,可能參與轉(zhuǎn)錄起始、延長(zhǎng)、終止及再起始。當(dāng)PC4與TFⅡEβ C-端結(jié)合后,可參與介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄起始到延長(zhǎng)過度[3]。PC4與TFⅡE、TFⅡH結(jié)合,將影響啟動(dòng)子融化[6]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)錄因子TFⅡD、TFⅡH的量減少而PC4濃度增高時(shí)抑制轉(zhuǎn)錄進(jìn)行,加入高濃度TFⅡD、TFⅡH時(shí),抑制解除,證實(shí)低濃度PC4可刺激基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄重建,而高濃度PC4卻抑制轉(zhuǎn)錄進(jìn)行。線性模板PC4可加速轉(zhuǎn)錄進(jìn)程,而當(dāng)處于超螺旋狀態(tài)時(shí),使轉(zhuǎn)錄過程減緩。近年發(fā)現(xiàn)[7],PC4可能還參與調(diào)控RNApⅢ轉(zhuǎn)錄途徑,在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的作用可能更加廣泛。這與Wang等早期研究發(fā)現(xiàn)[8]通過TFⅢc結(jié)構(gòu),DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I與PC4相互作用促進(jìn)RNApⅢ參與轉(zhuǎn)錄精密終止及再起始結(jié)果相符。綜上,PC4在不同條件下可能具有激動(dòng)或抑制的雙重效應(yīng)。
1.2 PC4與DNA復(fù)制和損傷修復(fù)
早期研究顯示,PC4可能參與輔助病毒如肉瘤病毒、腺病毒的復(fù)制過程,但具體機(jī)制不明。Mortusewicz等[9]推測(cè),PC4可能在復(fù)制叉處與解螺旋單鏈DNA結(jié)合,從而維持復(fù)制叉的穩(wěn)定,阻止基因結(jié)構(gòu)失穩(wěn),他們通過羥基脲(HU)誘導(dǎo)DNA損傷發(fā)現(xiàn),DNA復(fù)制叉處檢測(cè)到PC4大量募集。在大腸桿菌及氧化酵母中的研究已證實(shí),PC4抑制DNA氧化突變。Wang等[10]認(rèn)為PC4可以阻止氧化DNA損傷所導(dǎo)致的基因突變和細(xì)胞死亡,其可能是一種腫瘤抑制因子。Yu等[11]通過金屬離子催化氧化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),氧化應(yīng)激狀態(tài)下Sub1轉(zhuǎn)錄加速,而Sub1突變將導(dǎo)致DNA破壞增加。Mortusewicz等[12]分析發(fā)現(xiàn)PC4通過其單鏈DNA結(jié)合能力,快速識(shí)別及準(zhǔn)確聚集于放化療所導(dǎo)致的DNA損傷部位,并參與DNA損傷的早期應(yīng)答,與修復(fù)蛋白A和增值細(xì)胞核抗原相比,高效逆轉(zhuǎn)DNA損傷。Yu等[13]研究發(fā)現(xiàn)PC4在體內(nèi)通過刺激雙鏈斷裂端連接,激活斷端修復(fù),參與雙鏈DNA損傷修復(fù)。同時(shí),PC4也可抑制自發(fā)性DNA損傷促進(jìn)細(xì)胞生存[9]。
1.3 PC4與染色質(zhì)形成和細(xì)胞周期
Das等[14]研究發(fā)現(xiàn)PC4蛋白以刻點(diǎn)式方式廣泛分布于除著絲粒外的有絲分裂細(xì)胞染色體臂上,通過選擇性的與H3和H2B核組蛋白互相作用,介導(dǎo)染色質(zhì)凝聚調(diào)節(jié)染色體形成。進(jìn)一步通過SiRNA技術(shù)抑制宮頸癌Hela細(xì)胞中PC4的表達(dá),發(fā)現(xiàn)PC4基因沉默后,同時(shí)能上調(diào)128個(gè)基因和下調(diào)49個(gè)基因表達(dá),而大部分基因功能并不確定,他們認(rèn)為,PC4作為轉(zhuǎn)錄激活因子沉默后確實(shí)可以下調(diào)其他基因表達(dá),而推測(cè)沉默后上調(diào)其他基因表達(dá)可能是誘導(dǎo)染色質(zhì)全面開放的結(jié)果,其在參與染色質(zhì)形成中有重要作用。Dhanasekaran等[15]發(fā)現(xiàn)PC4在細(xì)胞有絲分裂中高度磷酸化,進(jìn)一步通過核膜分解技術(shù)發(fā)現(xiàn)PC4在細(xì)胞核外通過與AuroraA/B結(jié)合并發(fā)生磷酸化,通過形成磷酸化濃度梯度而維持AuroraA/B的最佳激酶活性,調(diào)節(jié)中心體功能而促進(jìn)有絲分裂進(jìn)行。
2004年,Banerjee等[16]研究發(fā)現(xiàn)PC4能增強(qiáng)p53與其同源位點(diǎn)的DNA結(jié)合能力,刺激p53介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活化和細(xì)胞凋亡。目前為止,p53是與人類腫瘤關(guān)系最為密切的一種抑癌基因,且p53蛋白在維護(hù)細(xì)胞基因組穩(wěn)定、細(xì)胞周期調(diào)控、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等過程中行駛重要功能。2007年,Batta等[17]進(jìn)一步研究證實(shí),PC4通過自身結(jié)構(gòu)的調(diào)整并與DNA相互作用,誘導(dǎo)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而增強(qiáng)p53與DNA的結(jié)合能力,進(jìn)而影響p53的功能。同年,Kishore等[18]研究發(fā)現(xiàn)p53反過來又可調(diào)控PC4,認(rèn)為PC4是一個(gè)p53應(yīng)答基因。生物信息學(xué)分析[19]發(fā)現(xiàn)PC4啟動(dòng)子區(qū)域包含多個(gè)p53結(jié)合位點(diǎn),進(jìn)一步探索發(fā)現(xiàn),p53賴氨酸殘基結(jié)合位點(diǎn)乙?;?,PC4通過其絲氨酸殘基輔助識(shí)別并與之結(jié)合,且具有不同的親和力,從而激活PC4基因轉(zhuǎn)錄。上述研究表明,轉(zhuǎn)錄輔助因子PC4與p53之間形成正性反饋調(diào)節(jié)回路。
腫瘤分子生物學(xué)研究表明,表觀遺傳學(xué)的紊亂同樣參與了腫瘤發(fā)生發(fā)展。而表觀遺傳修飾主要包括DNA甲基化和組蛋白修飾等。PC4為非組蛋白染色質(zhì)蛋白,其本身不具有染色質(zhì)重建和組蛋白修飾活性。但是PC4可能間接參與調(diào)節(jié)組蛋白修飾。Das等[20]人采用染色質(zhì)免疫沉淀分析發(fā)現(xiàn)行PC4基因敲除后,異染色質(zhì)大量形成,并伴隨著組蛋白H3K9/14乙酰化修飾、H3K4三甲基化修飾發(fā)生,而H3K9二甲基化修飾減少,從而導(dǎo)致異染色質(zhì)區(qū)域正常沉默基因(如神經(jīng)基因)的過度表達(dá)。SMYD3(SET and MYND domain containing 3)[21]是近年來發(fā)現(xiàn)的一種具有組蛋白甲基化功能的蛋白。它能夠使染色體組蛋白(H3K4等)發(fā)生二甲基化或三甲基化。研究發(fā)現(xiàn)[22]下調(diào)SMYD3基因的表達(dá)后,宮頸癌細(xì)胞HeLa的增殖、遷移能力明顯受限、集落形成減少、同時(shí)細(xì)胞凋亡有所增加。Jin-Manin等[23]采用基因表達(dá)譜、轉(zhuǎn)錄分析、ChIP-qPCR、CRISPR/dCas9系統(tǒng)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)在膀胱癌和直腸癌細(xì)胞中,SMYD3與PC4基因在調(diào)節(jié)細(xì)胞增值和侵襲中有共同的定位,在轉(zhuǎn)錄過程中有競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)同作用。進(jìn)一步采用shRNA技術(shù)致SMYD3或PC4下調(diào),觀察發(fā)現(xiàn)靶基因的轉(zhuǎn)錄均被抑制,同時(shí)細(xì)胞增值及侵襲受抑。而通過基因消除技術(shù)發(fā)現(xiàn),PC4可通過促進(jìn)SMYD3在目標(biāo)基因的占位進(jìn)而促進(jìn)SMYD3功能表達(dá)。
Peng等[24]研究發(fā)現(xiàn)PC4在早期胚胎組織中表達(dá)最高,在間充質(zhì)干細(xì)胞表達(dá)較高,在成纖維細(xì)胞中不表達(dá),認(rèn)為PC4的表達(dá)與細(xì)胞的發(fā)育潛能有關(guān)。在惡性轉(zhuǎn)化的間充質(zhì)干細(xì)胞中檢測(cè)發(fā)現(xiàn)PC4高表達(dá);PC4表達(dá)下調(diào)后觀察發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖抑制,凋亡增加。他們認(rèn)為PC4是間充質(zhì)干細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化相關(guān)基因,參與上皮來源的腫瘤的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移。進(jìn)一步通過PC4的表達(dá)促使表皮成纖維細(xì)胞的致瘤性轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證實(shí)PC4在腫瘤發(fā)生中的重要作用,但具體的分子機(jī)制有待進(jìn)一步研究[25]。
當(dāng)前研究表明,PC4能夠影響腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡、侵襲等生物學(xué)過程。PC4與許多腫瘤相關(guān)如:肺癌、胰腺癌、結(jié)腸癌、膀胱癌、乳腺癌、食管鱗癌等。通過mRNA水平及蛋白水平的檢測(cè)發(fā)現(xiàn),PC4在上述腫瘤組織中異常高表達(dá),而在正常組織中不表達(dá)或低表達(dá),而且其表達(dá)水平與腫瘤惡性程度相關(guān)。PC4表達(dá)沉默后,癌細(xì)胞凋亡增加,細(xì)胞的增殖不同程度受抑。
4.1 PC4與肺癌
2002年,Yokoi等[26]采用比較基因組雜交技術(shù)研究22種小細(xì)胞肺癌細(xì)胞株DNA拷貝數(shù)畸變,發(fā)現(xiàn)染色體5p13區(qū)域有包含PC4在內(nèi)的三個(gè)基因擴(kuò)增和過表達(dá)。Peng等[27]通過RT-PCR檢測(cè)PC4基因發(fā)現(xiàn),在NSCLC癌組織中mRNA水平的表達(dá)高于相應(yīng)的NSCLC癌旁組織,Western blot技術(shù)定量檢測(cè)PC4蛋白表達(dá)發(fā)現(xiàn),在NSCLC癌組織中表達(dá)水平高于相應(yīng)的NSCLC癌旁組織。細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)現(xiàn),下調(diào)PC4基因能夠抑制細(xì)胞增殖,并誘導(dǎo)細(xì)胞G1期阻滯、細(xì)胞凋亡及代謝水平降低。而PC4特異性siRNA對(duì)A549肺癌細(xì)胞裸鼠移植瘤具有抑制瘤體生長(zhǎng)作用。孫天宇等[28]研究發(fā)現(xiàn)PC4高表達(dá)與肺腺癌淋巴轉(zhuǎn)移密切相關(guān),陶紹霖等[29]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)PC4可能通過調(diào)節(jié)淋巴管生成VEGF—C/D、VEGFR-3信號(hào)通路,促進(jìn)腫瘤及其周圍新生淋巴管生成,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。
4.2 PC4與食管癌
Qian等[30]采用免疫組織化學(xué)證實(shí)PC4在食管鱗狀細(xì)胞癌(ESCC)細(xì)胞及病理組織中高表達(dá)。同時(shí)發(fā)現(xiàn),PC4的表達(dá)水平與ESCC的放療敏感性密切相關(guān),高水平的PC4與ESCC適形調(diào)強(qiáng)放射治療IMRT抵抗呈正相關(guān)關(guān)系。慢病毒轉(zhuǎn)染技術(shù)促使PC4基因沉默后發(fā)現(xiàn),ESCC細(xì)胞的放療敏感性增強(qiáng),接受放射治療的細(xì)胞凋亡明顯增加,同時(shí),細(xì)胞發(fā)生有絲分裂障礙(MC,被認(rèn)為是由放射治療所引起的另一種形式的細(xì)胞死亡)。但是,PC4基因沉默并不影響正常生長(zhǎng)狀態(tài)下ESCC細(xì)胞的生長(zhǎng)曲線。其原因可能是PC4主要參與DNA損傷修復(fù),實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn),PC4基因沉默將下調(diào)XLF蛋白表達(dá)而刺激DNA雙鏈斷裂(DSBs)非同源性末端鏈接(NHEJ)修復(fù)過程。PC4的高表達(dá)或可提示放療抵抗,預(yù)測(cè)不良預(yù)后。
4.3 PC4與其他腫瘤
2004年,Sato等[31]采用基因芯片技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)PC4在胰腺癌癌組織中的表達(dá)比在正常的胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞中升高27.73倍。2008年,史春夢(mèng)等[25]研究發(fā)現(xiàn)PC4在人前列腺癌組織標(biāo)本中的高表達(dá),同樣,在乳腺癌的組織標(biāo)本中亦得到相似的結(jié)果。2014年,chen等[32]報(bào)道PC4在神經(jīng)星型細(xì)胞瘤中異常高表達(dá),且與腫瘤進(jìn)展及不良預(yù)后密切相關(guān);進(jìn)一步體外實(shí)驗(yàn)證實(shí),下調(diào)PC4表達(dá)將抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞增值及侵襲。
PC4是一種功能廣泛的輔助激活因子,參與基因表達(dá)的各階段,在轉(zhuǎn)錄過程中起著雙重(激動(dòng)或者抑制)調(diào)控作用,同時(shí)參與DNA復(fù)制、損傷修復(fù)和染色質(zhì)形成過程,是細(xì)胞生長(zhǎng)和分化的相關(guān)基因,且與p53相互作用,參與腫瘤的惡性轉(zhuǎn)化。目前為止,有關(guān)PC4與其上下游基因的相互作用有待進(jìn)一步探索,在腫瘤發(fā)生發(fā)展、治療中的作用及機(jī)制、對(duì)細(xì)胞功能的調(diào)控作用有待更加深入探索。PC4將是腫瘤診治研究中一個(gè)新的熱點(diǎn),可為腫瘤分子生物學(xué)診斷、治療提供一個(gè)新方向,PC4有望成為腫瘤治療新靶點(diǎn)。
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(2016-04-14收稿)
R73
A
10.3969/j.issn.1000-2669.2016.05.026
謝加瓊(1989-),女,碩士生。E-mail:475105126@qq.com