吳雨菲

摘要：細(xì)胞周期調(diào)控是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它包括對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、分化和凋亡等諸多生命活動(dòng)的精密調(diào)控。細(xì)胞周期調(diào)控的紊亂就是很多腫瘤和癌癥發(fā)生的根本起源。隨科學(xué)進(jìn)步，有關(guān)調(diào)控的信號(hào)通路、調(diào)控因子及其作用機(jī)制等研究結(jié)果越來(lái)多，如組蛋白H2B的多位點(diǎn)高度特異性泛素化就控制著基因表達(dá)的各個(gè)方面。而B(niǎo)RE1作為H2B特殊位點(diǎn)泛素化的唯一E3泛素連接酶也是細(xì)胞調(diào)控中的生物因子。BRE1不僅廣泛分布于各種物種中，其RING結(jié)構(gòu)域更是從酵母到人類(lèi)具有高度保守性，主要存在于細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核中，影響細(xì)胞生存、增殖、凋亡和分化等多種過(guò)程，是細(xì)胞周期調(diào)控中的重要成員。

關(guān)鍵詞：BRE1 泛素化 H2Bub1 細(xì)胞周期調(diào)控

1緒論

細(xì)胞的分裂分化是生命體生長(zhǎng)、發(fā)育和繁衍的基礎(chǔ)。而細(xì)胞周期就是指分裂一次所經(jīng)歷的完整過(guò)程，在此過(guò)程中，各種復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制影響著細(xì)胞的生理活動(dòng)，例如與我們生活息息相關(guān)的新生命的孕育、細(xì)胞癌變的發(fā)生與治療、農(nóng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)等等。作為細(xì)胞中能與DNA共同構(gòu)成遺傳物質(zhì)核小體的組蛋白，在細(xì)胞周期調(diào)控中更是不可或缺的，其中H2B的單泛素化就被發(fā)現(xiàn)在胚胎干細(xì)胞分化[1]、DNA損傷修復(fù)等過(guò)程中是發(fā)揮重要作用，而B(niǎo)RE1/Rad6泛素化機(jī)制目前被認(rèn)為是H2B單泛素化唯一的驅(qū)動(dòng)者[2]。

2 BRE1的研究現(xiàn)狀

2.1 BRE1的結(jié)構(gòu)

對(duì)BRE1的研究最早可以追溯到1995年[3]，這時(shí)人們第一次得到并研究這種在人腦和生殖器官中高度表達(dá)的基因BRE（Brain and Reproductive organ.Expressed），其編碼的mRNA有1.7-1.9 kb，最大開(kāi)放閱讀框?yàn)?149 bp，可轉(zhuǎn)錄翻譯出 有383個(gè)氨基酸殘基的多肽，后來(lái)因被發(fā)現(xiàn)有一個(gè)典型的RING結(jié)構(gòu)域，后期在哺乳動(dòng)物中也被稱為RNF20/40（Ring Finger protein 20/40）。RING結(jié)構(gòu)域?yàn)?RING 類(lèi) E3 泛素蛋白連接酶所特有，BRE1就是其中一種，其RING結(jié)構(gòu)域從酵母到人類(lèi)細(xì)胞達(dá)到了高度保守。據(jù)推測(cè)，酵母Bre1單體在第647-700殘基處有一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，旁側(cè)的α螺旋在第632-647位殘基上。BRE1的核心環(huán)狀結(jié)構(gòu)具有RING典型的一個(gè)三股反平行β折疊、一個(gè)中心a-螺旋和一個(gè)310螺旋，此外還有兩個(gè)長(zhǎng)環(huán)：第647-657殘基L1和第679-691殘基的環(huán)L2，它們通過(guò)C3HC4交叉基序和兩個(gè)鋅離子配合而達(dá)到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[4]。

2.2 BRE1的功能

2003年，BRE1首次被證實(shí)是H2B泛素化過(guò)程中的E3泛素連接酶[5]，它與E2泛素結(jié)合酶RAD6的泛素化機(jī)制至今仍被認(rèn)為是H2B泛素化的唯一驅(qū)動(dòng)者。另有實(shí)驗(yàn)對(duì)生物體的BRE基因進(jìn)行iRNA干擾以沉默，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期G2/M檢驗(yàn)點(diǎn)缺失，加速細(xì)胞向有絲分裂期的過(guò)度[6]。這說(shuō)明BRE1參與細(xì)胞周期調(diào)控，對(duì)細(xì)胞的分裂分化有著直接或間接的作用。2013年，BRE1又被證實(shí)在Toll激活的NF-κB通路中起負(fù)調(diào)控作用，NF-κB通路在天然免疫中十分重要，可抑制由TNF-α介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑[7]。這與1998年發(fā)現(xiàn)的BRE1人類(lèi)同源物RNF20/40可結(jié)合TNF-R1參與TNF-α介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑互相呼應(yīng)，間接說(shuō)明BRE1對(duì)TNF介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡具有促進(jìn)作用[8]。除上述外，RNF20/40在某些激素合成、癌癥發(fā)生等過(guò)程中均被發(fā)現(xiàn)高表達(dá)，說(shuō)明作為同源物，BRE1也有多種功能仍待開(kāi)發(fā)。

2.3 BRE1與泛素化

泛素（ubiquitin， Ub）是一種序列高度保守的小分子蛋白質(zhì)， 在所有真核細(xì)胞中均有存在。泛素化則是指泛素在系列酶的催化作用下經(jīng)歷認(rèn)為劃分的三步共價(jià)結(jié)合到靶蛋白的過(guò)程：C端Gly得到ATP供能的泛素，轉(zhuǎn)移到E1泛素激活酶催化中心的Cys殘基上，與其形成共價(jià)復(fù)合物;復(fù)合物再與E2泛素結(jié)合酶相互作用，活化的泛素被轉(zhuǎn)移到E2酶催化中心的Cys殘基上;最后E3泛素連接酶通過(guò)識(shí)別靶底物和介導(dǎo)泛素從 E2 泛素偶聯(lián)酶到底物的轉(zhuǎn)移，賦予靶蛋白泛素化的特異性[9]。

E3酶的Bre1與E2酶Rad6在酵母中工作時(shí)在H2B的Lys123處配對(duì)，并使起單泛素化。Bre1將Rad6活性位點(diǎn)直接定位在H2B Lys123上。與其他很多泛素酶不同的是，Bre1/ Rad6機(jī)制只修飾核小體上的一個(gè)賴氨酸。有研究者利用XL-MS構(gòu)建了酵母細(xì)胞中Bre1/ Rad6與泛素和底物作用過(guò)程的復(fù)合物模[10]：假設(shè)只有一個(gè)Rad6靶向識(shí)別H2B Lys123，當(dāng)Bre1的RING結(jié)構(gòu)與共價(jià)結(jié)合泛素的RAD6接觸時(shí)，Bre1 Arg679和Arg681與H2B Glu116結(jié)合，以此連接到核小體的表面，接下來(lái)Bre1/ Rad6共同作用Ub沿著核小體的DNA超螺旋軸旋轉(zhuǎn)，朝向H2B Lys123靶位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然這只推測(cè)了BRE1在識(shí)別RAD6共價(jià)結(jié)合泛素分子復(fù)合物的基本過(guò)程，BRE1/RAD6催化泛素化是一個(gè)十分復(fù)雜的機(jī)制，其過(guò)程還有很多需要我們繼續(xù)深究。

3 H2B單泛素化在細(xì)胞周期中的作用

H2B的這種多個(gè)位點(diǎn)高度特異性的泛素化控制著基因表達(dá)的各個(gè)方面，包括轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)和延長(zhǎng)，DNA的復(fù)制和修復(fù)以及著絲粒的功能等等。不僅如此，其他組蛋白如H3的甲基化也需要單泛素化的H2B（H2Bub1），這些組蛋白的交叉互作也能參與細(xì)胞調(diào)控。近年來(lái)隨著對(duì)H2Bub1的深入研究，越來(lái)越多的結(jié)果證明H2Bub1在細(xì)胞調(diào)控中的重要作用：2011年，在乳腺癌細(xì)胞的研究過(guò)程中觀察到H2B的泛素化水平處于降低狀態(tài)，這種降低導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)缺陷[11];2012年，單泛素化的H2B（H2Bub1）被發(fā)現(xiàn)在胚胎干細(xì)胞分化中扮演不可缺少的角色[1];2017年，H2Bub1又被證明是調(diào)節(jié)自噬的關(guān)鍵表觀遺傳開(kāi)關(guān)，通過(guò)改變NCP的結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)負(fù)責(zé)這些過(guò)程的因素來(lái)影響DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄激活和DNA損傷修復(fù)[2];在很多研究中還在很多不同的疾病狀態(tài)下觀察到了H2B 泛素化的異常水平。這些都表明H2B甚至于由BRE1催化的H2B單泛素化對(duì)細(xì)胞的周期調(diào)控至關(guān)重要。

4 BRE1的研究意義與前景

自1995年發(fā)現(xiàn)了這種在人腦和生殖器官中高度表達(dá)的基因以來(lái)，對(duì)它的研究就從未停止，如作為E3連接酶參與催化組蛋白的泛素化、與各種激素或細(xì)胞因子協(xié)同作用于細(xì)胞周期的調(diào)控影響細(xì)胞生存、增殖、凋亡等多種過(guò)程、是多種信號(hào)通路與代謝途徑中的關(guān)鍵因子，與腫瘤快速生長(zhǎng)密切相關(guān)……這些無(wú)一不證實(shí)了BRE在生命活動(dòng)中的重要作用。但其具體作用機(jī)制十分復(fù)雜精密至今未被完整的明確。因此，深入研究其在生命活動(dòng)中的功能及分子機(jī)制無(wú)疑具有十分重要的意義。

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