邢文文,齊南南,李夢(mèng)軒,劉吉英

(江蘇科技大學(xué)生物技術(shù)學(xué)院,鎮(zhèn)江 212018)

人類基因組約有 7% 的順式調(diào)控元件作為基因表達(dá)調(diào)節(jié)的開關(guān)[1]。基因的激活或抑制是順式調(diào)控元件上多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子和輔因子協(xié)同作用的結(jié)果?，F(xiàn)已證實(shí)轉(zhuǎn)錄因子通過激活或抑制調(diào)控基因表達(dá),在細(xì)胞增殖、分化、衰老和凋亡等功能調(diào)控中起到關(guān)鍵作用。YY1是進(jìn)化保守的C2H2型鋅指蛋白,屬于GLI-Krüppel蛋白家族,最初由Shi等[2]、Seto等[3]、Park 和 Atchison[4]多個(gè)研究組同時(shí)克隆并描述。YY-1在中國(guó)古代哲學(xué)中代表陰陽(yáng)或正負(fù),反映了該蛋白質(zhì)在基因調(diào)節(jié)中發(fā)揮的雙重功能,這取決于其與DNA的結(jié)合位點(diǎn)或細(xì)胞類型。YY1在動(dòng)物體內(nèi)廣泛表達(dá),HiChIP結(jié)果表明[5],在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中,YY1通常占據(jù)增強(qiáng)子-啟動(dòng)子相互作用的位點(diǎn),偶爾也占據(jù)絕緣子相互作用的位點(diǎn)。且研究發(fā)現(xiàn)大約 10% 的哺乳動(dòng)物基因受該轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控[6-8],因此YY1對(duì)基因的調(diào)控具有重要意義。本文將綜述YY1的結(jié)構(gòu)與功能、作用機(jī)制及其在動(dòng)物繁殖調(diào)控過程中的研究進(jìn)展,以期為深入挖掘該基因的功能及研究動(dòng)物的繁殖調(diào)控機(jī)理提供理論參考。

1 YY1蛋白結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

YY1是調(diào)控真核細(xì)胞生命活動(dòng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。YY1在某些無脊椎動(dòng)物和所有脊椎動(dòng)物廣泛表達(dá)且高度保守[9]。在人類基因組中,YY1位于人的 14 號(hào)染色體,包含 5 個(gè)外顯子,編碼 414 個(gè)氨基酸,預(yù)測(cè)分子量為 44 ku,然而,蛋白質(zhì)在SDS凝膠上遷移為 65～68 ku,這可能與其空間結(jié)構(gòu)有關(guān)。YY1基因表達(dá)的雙重調(diào)控功能由其特殊的結(jié)構(gòu)(N端激活域與C端抑制域)來決定的。YY1的N端 1～100 氨基酸序列[10],包含一段由 11 個(gè)連續(xù)的酸性氨基酸殘基組成的區(qū)域、一段由 12 個(gè)不間斷的組氨酸殘基組成的區(qū)域(主要參與核定位)、一段富含甘氨酸和丙氨基酸的區(qū)域,一段富含脯氨酸和谷氨酰胺的區(qū)域[11]。YY1中心區(qū)域被證明參與轉(zhuǎn)錄抑制:176～200 氨基酸序列組成的HID結(jié)構(gòu)域;201～225 氨基酸序列組成的REPO結(jié)構(gòu)域,能夠招募PcG蛋白到DNA并且引起組蛋白H3賴氨酸 27 甲基化[12-13]。YY1的C端氨基酸序列為 298～414,由鋅指結(jié)構(gòu)域與某些特殊結(jié)構(gòu)域構(gòu)成的4個(gè)C2H2型鋅指蛋白結(jié)構(gòu)區(qū)域,C2H2型鋅指蛋白既在轉(zhuǎn)錄過程中調(diào)控基因的表達(dá),也參與轉(zhuǎn)錄后的修飾過程,轉(zhuǎn)錄后的修飾過程能提高鋅指蛋白的抑制作用[14]。熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究表明,雖然YY1的N端片段本身不與DNA結(jié)合,但它的存在影響YY1與NDA結(jié)合參數(shù),進(jìn)而影響YY1對(duì)靶基因的調(diào)控。YY1靶向的基因范圍廣泛,大約 10% 的哺乳動(dòng)物基因受該轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控,大多數(shù)YY1結(jié)合位點(diǎn)靠近轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn),有時(shí)也出現(xiàn)在調(diào)控基因的遠(yuǎn)端。它通常綁定到具有以下位點(diǎn)的DNA序列[15-16]:GGCGCCATnTT、CCGCCATnTT、CGCCATnTT、GG-CGCCATnTT、GCCATnTT、CnCCATnTT、GnC-GACATnTT、CCGCCATnTT、TACGCCATtTTG、CGCCATCTT、CGCCATTTT和GCCATnTT(n表示任意堿基)。最新研究表明YY1可以與單鏈RNA結(jié)合,但具有低序列特異性[17]。

2 轉(zhuǎn)錄因子YY1的作用機(jī)制

通過分析總結(jié)YY1的結(jié)構(gòu)和功能得知,YY1調(diào)控基因表達(dá)的方式主要有:1)YY1作為傳統(tǒng)轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基因表達(dá);2)YY1通過調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)影響基因表達(dá);3)YY1通過相分離機(jī)制調(diào)控基因的表達(dá)。

2.1 YY1作為傳統(tǒng)轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基因表達(dá)

2.1.1 YY1直接與基因啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合調(diào)控基因表達(dá) 首先,YY1作為一種傳統(tǒng)的DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基因的表達(dá),YY1能夠直接與啟動(dòng)子結(jié)合抑制或者激活下游基因表達(dá)。例如,YY1與TGF-β1啟動(dòng)子結(jié)合能有效抑制TGF-β1的表達(dá)[18]。YY1可以直接與Xist(X-inactive-specific transcript,Xist)基因的5′調(diào)控區(qū)結(jié)合,激活Xist的轉(zhuǎn)錄,導(dǎo)致染色體失活,但YY1僅與未甲基化的Xist等位基因結(jié)合[19]。乳腺癌細(xì)胞中,YY1可與FAM111B基因啟動(dòng)子結(jié)合,增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄活性,加速了乳腺癌的進(jìn)展[20]。胰腺β細(xì)胞中,YY1結(jié)合到Ins1和Ins2外顯子 2 的增強(qiáng)子區(qū)域,激活胰島素轉(zhuǎn)錄,進(jìn)而調(diào)控葡萄糖穩(wěn)態(tài)[21]?？关i流行性腹瀉病毒(porcine epidemic diarrhea virus,PEDV)感染過程中,YY1與MUC2啟動(dòng)子的結(jié)合[22]促進(jìn)MUC2的表達(dá),降低仔豬對(duì)PEDV的易感性,但該位點(diǎn)的調(diào)控作用受甲基化影響。YY1可以直接結(jié)合在PTX3基因的啟動(dòng)子區(qū),還可以與PRMT1關(guān)聯(lián)一起募集到PTX3啟動(dòng)子上[23]。Nhlh2參與卵泡發(fā)育等繁殖活動(dòng),而YY1可以直接結(jié)合到該基因的啟動(dòng)子上調(diào)控Nhlh2的表達(dá)[24]。截止目前,對(duì)YY1功能的研究多集中在其對(duì)DNA的直接調(diào)控上,但通常情況下YY1不是單獨(dú)起作用的,YY1通常與其他的輔助因子共同發(fā)揮作用。

2.1.2 YY1與其他輔助因子結(jié)合后共同調(diào)控基因表達(dá) 除了直接與啟動(dòng)子結(jié)合外,YY1能夠與其他輔助因子結(jié)合共同調(diào)控基因表達(dá)。在小鼠神經(jīng)元中,YY1及其相互作用蛋白Brd4激活了谷氨酸信號(hào)的上游調(diào)節(jié)因子Senp1,在神經(jīng)元可塑性中起著關(guān)鍵作用[25]。另外,YY1能夠破壞p53和輔激活因子p300之間的相互作用,阻斷p300依賴的乙酰化且降低p53的穩(wěn)定[26]。不僅如此,YY1可與p53直接物理相互作用,而槲皮素能夠直接與p53競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合YY1,降低YY1與p53蛋白對(duì)接能量進(jìn)而發(fā)揮抗癌作用[27]。功能試驗(yàn)表明,circ-RCCD調(diào)控心臟搏動(dòng)細(xì)胞簇的形成,主要通過將YY1招募到MyD88的啟動(dòng)子上來抑制MyD88的水平,促進(jìn)心肌細(xì)胞分化[28]。QKI是一種可在上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中調(diào)節(jié)環(huán)狀RNA形成的剪接因子,與肝細(xì)胞癌發(fā)生密切相關(guān),YY1通過與p65和p300形成復(fù)合物增強(qiáng)QKI的轉(zhuǎn)錄和翻譯,是治療肝癌的潛在靶點(diǎn)[29]。在HepG2細(xì)胞中,RBM25是YY1高效靶向全基因組所必需的,YY1和RBM25之間存在廣泛的共結(jié)合,RBM25首先與靶基因啟動(dòng)子相互作用,然后將YY1招募到這些啟動(dòng)子上,共同調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄[30]。

2.1.3 YY1的轉(zhuǎn)錄后修飾對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的影響 YY1的生物學(xué)功能受其翻譯后修飾的調(diào)控,如乙酰化、泛素化和磷酸化等。首先,YY1的轉(zhuǎn)錄活性可以通過乙?；蛉ヒ阴；瘉碚{(diào)控。蛋白質(zhì)賴氨酸乙?；钦{(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的翻譯后修飾,GCN5在YY1的兩個(gè)殘基(K392和K393)上乙?；?破壞了YY1鋅指和DNA之間的相互作用維持結(jié)構(gòu)蛋白的表達(dá),從而正向調(diào)節(jié)肌肉完整性[31]。另外,YY1蛋白可以在兩個(gè)區(qū)域被p300或PCAF乙?；?。在體外,YY1的C端結(jié)構(gòu)域的乙?；档土薉NA結(jié)合能力,而中心結(jié)構(gòu)域的乙?；荵Y1作為完全阻滯劑所必需的[32]。在小鼠前神經(jīng)外胚層發(fā)育過程中,Otx2激活需要YY1的乙?；痆33]。E3連接酶Smurf2可以泛素化YY1,抑制其下游基因VEGFA和Snail1表達(dá)[34]。另外,JWA是一種有效的環(huán)境反應(yīng)基因,具有促凋亡作用。三陰性乳腺癌中JAC1引起YY1泛素化激活JWA,解除YY1對(duì)JWA的抑制[35]。磷酸化使蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化引起蛋白質(zhì)活性的改變,CK2α催化YY1第118位絲氨酸磷酸化干擾了Caspase 7對(duì)其的切割,促進(jìn)癌細(xì)胞存活。YY1是Src家族激酶介導(dǎo)酪氨酸磷酸化的一個(gè)靶點(diǎn),研究表明YY1第383位酪氨酸磷酸化影響它結(jié)合DNA和RNA的能力[36],但對(duì)于負(fù)責(zé)YY1去磷酸化的特定酪氨酸磷酸酶,以及體內(nèi)酪氨酸磷酸化YY1的定位和動(dòng)態(tài)變化需要進(jìn)一步研究。

2.2 YY1通過調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)影響基因表達(dá)

大量的證據(jù)表明,染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在基因調(diào)控中起到重要作用,但對(duì)于基因啟動(dòng)子和增強(qiáng)子之間互相作用的調(diào)控蛋白了解很少?；蚣捌湔{(diào)控元件的大DNA環(huán)的形成需要CTCF-CTCF相互作用,但大多數(shù)情況下這種結(jié)構(gòu)蛋白并不參與啟動(dòng)子和增強(qiáng)子之間的相互作用。通過研究發(fā)現(xiàn),YY1在所有被檢測(cè)的細(xì)胞中普遍表達(dá),且占據(jù)增強(qiáng)子和啟動(dòng)子位置,YY1的二聚化促進(jìn)DNA環(huán)的形成[37],推測(cè)YY1介導(dǎo)的增強(qiáng)子-啟動(dòng)子相互作用可能是哺乳動(dòng)物基因調(diào)控的一般特征。YY1在不同類型的細(xì)胞中通常占據(jù)活躍的增強(qiáng)子和啟動(dòng)子,擾動(dòng)YY1結(jié)合會(huì)破壞增強(qiáng)子-啟動(dòng)子環(huán)[37]。同樣,敲低神經(jīng)祖細(xì)胞中的YY1后,許多3D結(jié)構(gòu)被破壞,這表明YY1可能是一種連接基因啟動(dòng)子和增強(qiáng)子的結(jié)構(gòu)蛋白[38]。作為增強(qiáng)子和啟動(dòng)子的連接蛋白,YY1與其招募的共激活因子和增強(qiáng)子元件共同作用,增強(qiáng)子-啟動(dòng)子相互作用穩(wěn)定,激活下游靶基因的轉(zhuǎn)錄。例如:YY1與許多轉(zhuǎn)錄輔激活因子相互作用,如EP300、BRD4、MED1等,并在穩(wěn)定增強(qiáng)子-啟動(dòng)子環(huán)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。分析YY1序列時(shí),發(fā)現(xiàn)其TAD結(jié)構(gòu)域(topologically associating domain,TAD)具有較高的結(jié)構(gòu)紊亂傾向,它的大多數(shù)結(jié)合位點(diǎn)都靠近轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn),只有少數(shù)位點(diǎn)位于調(diào)控基因的遠(yuǎn)端[39-41]。然而,在YY1-單倍缺陷淋巴母細(xì)胞系中,差異表達(dá)最多的基因是由YY1遠(yuǎn)端結(jié)合位點(diǎn)控制的[39]。為了進(jìn)一步揭示YY1影響增強(qiáng)子-啟動(dòng)子互作的機(jī)制,研究發(fā)現(xiàn)DNA的鳥嘌呤四聯(lián)體的結(jié)構(gòu)(G4)是YY1促進(jìn)增強(qiáng)子與啟動(dòng)子之間環(huán)形成的具體結(jié)合位置[42],同時(shí)也表明YY1除了結(jié)合雙鏈DNA的共識(shí)序列外,還能夠直接與G4直接結(jié)合對(duì)基因表達(dá)調(diào)控起作用。

2.3 YY1通過相分離機(jī)制調(diào)控基因的表達(dá)

液-液相分離是指溶液相的組分由于溶解度的差異而分離,自 2009 年Brangwynne等[43]通過P顆粒液體的性質(zhì)證明了液-液相分離的存在,已有研究表明相分離現(xiàn)象在細(xì)胞中普遍存在,是研究活細(xì)胞基因調(diào)控的新方法。越來越多的研究發(fā)現(xiàn),相分離與基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控密切相關(guān)[44-46]。轉(zhuǎn)錄控制可能是由相分離進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的[47],共激活蛋白MED1和BRD4在超增強(qiáng)子處發(fā)生相分離形成液滴樣物質(zhì)[45],胚胎干細(xì)胞多能性轉(zhuǎn)錄因子OCT4、雌激素受體(estrogen receptor,ER)和酵母轉(zhuǎn)錄因子GCN4與Mediator形成相分離的液滴樣凝聚物,并且需要相同的氨基酸或配體來激活相分離。Boija等[44]認(rèn)為,內(nèi)在無序區(qū)域介導(dǎo)的相分離與輔激活劑是轉(zhuǎn)錄因子活化結(jié)構(gòu)域激活基因的一種機(jī)制。大量研究一致表明,YY1參與形成增強(qiáng)子或超級(jí)增強(qiáng)子,調(diào)節(jié)生物過程多種基因的表達(dá),然而,YY1如何招募、協(xié)調(diào)共激活因子和染色質(zhì)增強(qiáng)子元件,組裝增強(qiáng)子簇或超級(jí)增強(qiáng)子的調(diào)控機(jī)制還不清楚。目前,試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明了YY1在體外和細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行液-液相分離的能力[48]。YY1已被報(bào)道通過促進(jìn)增強(qiáng)子活性來調(diào)節(jié)基因表達(dá),而相分離是增強(qiáng)子機(jī)制的一個(gè)特征[49],YY1蛋白在細(xì)胞內(nèi)形成液-液凝聚物,YY1的組氨酸簇對(duì)于其產(chǎn)生相分離和維持細(xì)胞招募Pol II轉(zhuǎn)錄復(fù)合體非常重要,將H3K9me3隔離在凝聚物外,增強(qiáng)FOXM1轉(zhuǎn)錄[50]。生化試驗(yàn)表明,轉(zhuǎn)錄因子Twist1和YY1以相分離的形式形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體。Twist1-YY1-p300形成核相分離凝聚體,當(dāng)Twist1和YY1蛋白共存時(shí),輔激活劑p300刺激轉(zhuǎn)錄因子Twist1和YY1的相分離液滴物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)形成Twist1/YY1/p300復(fù)合物,可在miR-9超級(jí)增強(qiáng)子上形成相分離的凝聚體[51],發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活功能。這種類型的結(jié)合調(diào)節(jié)miR-9的表達(dá),從而增加細(xì)胞遷移和擴(kuò)散,促進(jìn)HCC中的EMT。目前關(guān)于YY1相分離的研究不多,相信隨著科研的不斷進(jìn)步,將深入探討YY1如何通過相分離調(diào)控轉(zhuǎn)錄,為研究發(fā)育和疾病過程中基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制提供新思路。

總結(jié)前人研究,可以將YY1作用機(jī)制概括如圖1所示:1)YY1作為傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄因子直接結(jié)合在基因啟動(dòng)子區(qū),或者通過招募其他輔因子結(jié)合到靶基因啟動(dòng)子區(qū)共同調(diào)控基因的表達(dá),或者通過調(diào)控YY1轉(zhuǎn)錄后修飾改變YY1的表達(dá)進(jìn)而對(duì)下游基因進(jìn)行調(diào)控;2)YY1作為啟動(dòng)子-增強(qiáng)子重要的結(jié)構(gòu)物質(zhì),維持啟動(dòng)子-增強(qiáng)子環(huán),G4是其與DNA結(jié)合的具體位點(diǎn);3)YY1通過轉(zhuǎn)錄復(fù)合物與超級(jí)增強(qiáng)子形成液滴凝聚物,以相分離的形式調(diào)控下游基因的表達(dá)。

A. 激活因子;R. 抑制因子A. Activation factor; R. Inhibitory factor圖1 YY1調(diào)控基因表達(dá)的作用機(jī)制[37,42,50]Fig.1 The mechanism of YY1 regulating gene expression[37,42,50]

3 YY1在動(dòng)物繁殖方面的研究進(jìn)展

在哺乳動(dòng)物中,隨著研究的不斷深入,無論是卵巢發(fā)育與精子生成,還是胚胎發(fā)育,亦或生殖激素及受體表達(dá)的調(diào)控,YY1在其中都扮演著至關(guān)重要的角色。

3.1 YY1對(duì)卵巢發(fā)育的影響

信號(hào)分子和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子是卵泡發(fā)生、成熟和排卵期不可缺乏的,YY1作為一種重要的轉(zhuǎn)錄因子,在調(diào)節(jié)卵泡發(fā)育過程中起著重要的作用。2011年,Griffith等[52]通過構(gòu)建卵母細(xì)胞YY1(CKO-YY1)特異性敲除小鼠,發(fā)現(xiàn)YY1是卵母細(xì)胞成熟和顆粒細(xì)胞擴(kuò)張及卵母細(xì)胞-顆粒細(xì)胞通信所必需的。此外,有團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)YY1基因在恒河猴的卵母細(xì)胞及胚胎發(fā)育過程中表達(dá)豐富,揭示其可能調(diào)控相關(guān)重要基因的轉(zhuǎn)錄[53]。雞的全基因組關(guān)聯(lián)分析顯示YY1處于與排卵數(shù)性狀的顯著相關(guān)的候選區(qū)域[54],但其與雞產(chǎn)蛋數(shù)之間的關(guān)系需要進(jìn)一步探究。近期研究發(fā)現(xiàn),基質(zhì)細(xì)胞源性因子-l(stromal cell-derived factor-l,SDF1)處理增加了YY1和TET1的mRNA和蛋白質(zhì)水平,對(duì)卵母細(xì)胞質(zhì)量至關(guān)重要,可能增強(qiáng)成熟卵母細(xì)胞支持后續(xù)胚胎發(fā)育的能力[55]。然而,敲低多囊卵巢綜合征小鼠卵巢顆粒細(xì)胞YY1促進(jìn)細(xì)胞增殖,抑制細(xì)胞凋亡[56]。盛中偉等[57]發(fā)現(xiàn),12～13周齡文昌母雞的卵巢迅速發(fā)育是其性成熟啟動(dòng)時(shí)期,而qRT-PCR檢測(cè)結(jié)果表明YY1此時(shí)在下丘腦組織中的表達(dá)水降低,提示YY1可能參與了下丘腦性腺軸對(duì)雞性成熟啟動(dòng)的調(diào)節(jié)。高婷等[58]研究發(fā)現(xiàn),六味地黃丸能夠治療小鼠卵巢儲(chǔ)備功能減退,而YY1是六味地黃丸發(fā)揮作用的潛在靶點(diǎn)。以上研究表明,YY1在卵巢發(fā)育過程中的功能比較復(fù)雜,可能與細(xì)胞的狀態(tài)和類型相關(guān),這些研究發(fā)現(xiàn)有利于擴(kuò)展研究者對(duì)卵巢發(fā)育分子機(jī)制的理解。

3.2 YY1對(duì)精子發(fā)生的影響

YY1不僅參與雌性動(dòng)物卵巢發(fā)育調(diào)控,還在雄性性腺的發(fā)育和精子發(fā)生中起著關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn),小鼠雄性性腺的發(fā)育過程中,YY1也扮演著重要的角色。YY1在精子發(fā)生的不同階段表達(dá)量不同,這取決于生精小管的發(fā)育階段。Kim等[59]在2016年的研究中發(fā)現(xiàn),YY1強(qiáng)烈定位于精原干細(xì)胞,YY1與CP2c共定位促進(jìn)精子發(fā)生,同時(shí)發(fā)現(xiàn)YY1對(duì)精原干細(xì)胞的干性至關(guān)重要,但在成熟的精子中不表達(dá)。利用RNAi技術(shù)敲除小鼠睪丸中的YY1基因,引起DNA修復(fù)缺陷造成精母細(xì)胞單倍染色體形成,非整倍體增加,粗線期細(xì)胞死亡,說明YY1在小鼠精子減數(shù)分裂過程中起重要作用[60]。同樣,有研究發(fā)現(xiàn)在雞胚睪丸中,YY1在精原細(xì)胞和支持細(xì)胞中表達(dá),而在成年雞睪丸中,YY1在生精細(xì)胞和支持細(xì)胞中表達(dá)[61],而在精子中不表達(dá),這與小鼠中的研究結(jié)果一致。由此可見,YY1可能通過影響雞睪丸中支持細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞因子來調(diào)控雞性腺的發(fā)育和功能,進(jìn)而影響精精子的發(fā)生。

3.3 YY1對(duì)胚胎發(fā)育的調(diào)控

胚胎發(fā)育過程中,YY1在除1細(xì)胞胚胎外的所有組織中均表達(dá),但主要定位在 2 細(xì)胞胚胎的細(xì)胞質(zhì)及4 細(xì)胞、 8 細(xì)胞、桑葚胚和囊胚期胚胎的細(xì)胞核[62],推測(cè)YY1對(duì)胚胎的調(diào)控可能從 4 細(xì)胞開始。YY1缺失并不影響OCT4和SOX2 mRNA的表達(dá)[62],但會(huì)影響兩者的共定位, 推測(cè)乙?；腨Y1可能特異性調(diào)節(jié)OCT4/SOX2復(fù)合物形成,但具體機(jī)制未知。在小鼠胚胎干細(xì)胞中,YY1和OCT4具有協(xié)同作用,同時(shí)YY1與BAF復(fù)合物相互作用促進(jìn)小鼠胚胎干細(xì)胞增殖[63]。Donohoe等[64]通過構(gòu)建YY1敲除小鼠模型試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),缺乏YY1的胚胎植入子宮后未能發(fā)育到原腸胚期,導(dǎo)致胚胎在植入時(shí)死亡,說明了YY1在小鼠胚胎發(fā)育中的關(guān)鍵作用。PHLDA2(印跡基因)會(huì)影響山羊胎盤發(fā)育,而YY1和CpG甲基化均會(huì)抑制PHLDA2的表達(dá),YY1更傾向與CpG-甲基化序列相結(jié)合來抑制PHLDA2的表達(dá),進(jìn)而對(duì)胎盤發(fā)育進(jìn)行調(diào)節(jié)[65]。Rhee等[66]研究發(fā)現(xiàn),雖然YY1不是胚胎內(nèi)胚層衍生器官形成所必需的,但YY1在內(nèi)胚層中是鄰近中胚層血管生成所必需的,且YY1對(duì)小鼠胚胎血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGFA)的產(chǎn)生和卵黃囊的發(fā)育都具有重要的作用。YY1直接結(jié)合lncRNAXist啟動(dòng)子,促進(jìn)Xist在圍產(chǎn)期小鼠卵巢中的表達(dá)[67],但siRNA介導(dǎo)的YY1表達(dá)下調(diào)可以抑制Xist的表達(dá),上調(diào)X連鎖基因的表達(dá),提高克隆豬胚胎的發(fā)育效率[68]。除此之外,YY1還與胚胎的DNA甲基化有關(guān),水牛植入前胚胎注射YY1過表達(dá)載體不會(huì)影響囊胚發(fā)育率,但會(huì)提高DNA甲基化水平[69]。PGC7主要在卵母細(xì)胞中表達(dá),PGC7和YY1相互作用能夠抑制YY1對(duì)PRC2的募集,促進(jìn)AKT與EZH2相互作用,減弱YY1與EZH2的相互作用,從而降低H3K27me3水平。在受精卵中,PGC7缺乏和AKT抑制劑均會(huì)促進(jìn)EZH2進(jìn)入原核,增加原核中H3K27me3的水平,抑制H3K27me3調(diào)控的合子激活基因的表達(dá),最終影響兩細(xì)胞胚胎的早期發(fā)育[70]。因此,YY1在胚胎發(fā)育過程中起重要的調(diào)控作用,但是YY1是如何調(diào)控胚胎發(fā)育生物學(xué)過程的,仍需要深入探究。

3.4 YY1調(diào)控生殖激素及其受體的表達(dá)

YY1除了調(diào)控卵巢發(fā)育、精子發(fā)生和胚胎發(fā)育以外,還參與生殖激素的調(diào)控。芳香化酶(CYP19)是雌二醇合成的關(guān)鍵酶,大鼠CYP19啟動(dòng)子中含有YY1應(yīng)答元件[71],但YY1的下調(diào)顯著促進(jìn)了多囊氏綜合征小鼠卵巢顆粒細(xì)胞中雌激素的產(chǎn)生[56]。促卵泡激素受體(follicle-stimulating hormone receptor,FSHR)在卵巢顆粒細(xì)胞中特異性表達(dá),并連接配體FSH和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子,如PKA和AKT,以調(diào)節(jié)雌性哺乳動(dòng)物的卵泡發(fā)育和不孕癥。FSHR已被確定為決定豬排卵率和多態(tài)性的主要候選基因,轉(zhuǎn)錄因子YY1通過與湖羊FSHR啟動(dòng)子的核心啟動(dòng)子結(jié)合而影響其轉(zhuǎn)錄活性,但不參與核心啟動(dòng)子內(nèi)突變位點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控[72]。Ai等[73]證實(shí),YY1能夠直接結(jié)合在膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(sterol regulatory element binding protein,SREBP)啟動(dòng)子上。研究發(fā)現(xiàn)YY1-AR相互作用對(duì)YY1介導(dǎo)的AR轉(zhuǎn)錄活性至關(guān)重要,YY1是與雄激素反應(yīng)元件結(jié)合復(fù)合物的必要組成部分[74-75]。ChIP、qPCR和YY1敲低/過表達(dá)試驗(yàn)表明,YY1在睪丸間質(zhì)細(xì)胞中作為轉(zhuǎn)錄激活因子直接調(diào)節(jié)類固醇激素生成的關(guān)鍵基因StAR和3β-HSD的表達(dá),最終協(xié)同調(diào)控睪酮的產(chǎn)生[76],但YY1有時(shí)可以作為類固醇生成基因的轉(zhuǎn)錄抑制因子,具體原因尚未揭示。

以上研究表明,YY1在動(dòng)物繁殖調(diào)控中起到關(guān)鍵作用,但相關(guān)研究尚處于起步階段,需開展相關(guān)研究進(jìn)行深入探索。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

截止目前YY1蛋白結(jié)構(gòu)基本明確,且在多個(gè)物種中高度保守,它通常綁定到保守的DNA結(jié)合序列上,但有新的研究發(fā)現(xiàn)YY1還可以結(jié)合到DNA的G4結(jié)構(gòu)上影響啟動(dòng)子-增強(qiáng)子的結(jié)構(gòu)。同樣,不同物種中YY1的結(jié)合位點(diǎn)是否相同尚無定論。除了與DNA結(jié)合以外,有研究揭示YY1可以與單鏈RNA結(jié)合,但其結(jié)合序列的特異性不高,YY1與單鏈RNA結(jié)合位點(diǎn)的特征及功能目前還不清楚,因此YY1的作用機(jī)制要復(fù)雜的多。

對(duì)于YY1作用機(jī)制的研究多集中在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄因子作用機(jī)理上,YY1既可以促進(jìn)基因的表達(dá)也可以抑制基因的表達(dá),因此,對(duì)于YY1作用機(jī)制的研究重點(diǎn)在于要確定YY1對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控是正向的還是反向的。另外,一般YY1的靶基因啟動(dòng)子區(qū)含有多個(gè)結(jié)合位點(diǎn),那么YY1和這些位點(diǎn)結(jié)合對(duì)于基因的表達(dá)調(diào)控是否一致也需要進(jìn)一步揭示。YY1轉(zhuǎn)錄后修飾的方式多種多樣,多數(shù)研究顯示轉(zhuǎn)錄后修飾影響了YY1作為經(jīng)典轉(zhuǎn)錄因子對(duì)下游靶基因的調(diào)控。生物體的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜,DNA環(huán)的形成可以更好的解釋增強(qiáng)子-啟動(dòng)子遠(yuǎn)距離互作的機(jī)制。YY1可以以CTCF介導(dǎo)DNA相互作用的方式促進(jìn)基因啟動(dòng)子-增強(qiáng)子之間的相互作用[37],未來研究可關(guān)注YY1對(duì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響。除此之外,最新的研究揭示YY1在液-液相分離中表現(xiàn)出重要的調(diào)控作用。目前,液-液相分離的研究已經(jīng)成為生命科學(xué)領(lǐng)域的新焦點(diǎn),但是對(duì)于相分離形成的機(jī)制仍知之甚少,因此YY1通過相分離影響基因表達(dá)的機(jī)理目前依然不清楚。

雖然YY1在癌癥調(diào)控中的作用已經(jīng)被廣泛的證實(shí),但YY1對(duì)動(dòng)物繁殖調(diào)控影響的研究并不多,YY1是卵母細(xì)胞成熟、卵丘擴(kuò)張的關(guān)鍵因子,對(duì)胚胎發(fā)育至關(guān)重要,可以調(diào)控睪酮、雌激素等的產(chǎn)生,因此YY1在動(dòng)物繁殖調(diào)控中的作用比較復(fù)雜,有必要展開更多的試驗(yàn)進(jìn)一步揭示YY1對(duì)動(dòng)物繁殖調(diào)控的作用。

綜上所述,YY1除了作為傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮作用外,能夠作為一種結(jié)構(gòu)蛋白參與染色質(zhì)環(huán)的形成,除此之外還通過相分離機(jī)制來調(diào)控基因表達(dá)。此綜述使廣大科研工作者對(duì)YY1功能機(jī)制的理解更全面。YY1參與動(dòng)物卵巢發(fā)育、精子生成、胚胎發(fā)育、生殖激素調(diào)控及其受體表達(dá)等繁殖相關(guān)的重要生物學(xué)過程。但目前關(guān)于YY1在動(dòng)物繁殖調(diào)控中作用機(jī)制的研究還不透徹,許多重要的問題還沒進(jìn)行有效的解答。因此,YY1在動(dòng)物繁殖領(lǐng)域的功能和作用機(jī)理需要更加深入和全面的研究,以便為畜牧領(lǐng)域提供理論基礎(chǔ)。