特异性泛素蛋白酶—22生物学功能研究现状

李华明，罗彦英，史颖萍，辛 芝，张艳萍

特异性泛素蛋白酶—22生物学功能研究现状

李华明，罗彦英，史颖萍，辛 芝，张艳萍

特异性泛素蛋白酶22（USP22）是一种新的细胞标记物，本文就其分子结构、理化性质和主要生物学功能做一综述。

泛素蛋白酶22；特异性；生物学特性

特异性泛素蛋白酶22（ubiquitin-specific protease 22，USP22）作为细胞的一种标记物，在人类的各种组织均有表达。近年随着研究逐渐深入，USP22的一些生物学功能已经初露端倪。

1 USP22是泛素水解酶家族成员之一

泛素水解酶属半胱氨酸蛋白酶家族，其作用是将泛素与蛋白底物分离开，以此来调控泛素化过程。泛素则是一种存在在大多数真核细胞的小蛋白，它的主要作用是标记需要分解的蛋白质，通过泛素化复合链式反应，使其水解[1]。泛素水解酶能够作用各级的泛素化复合式链式反应的不同位点，影响生物体内的泛素化，对蛋白质的降解起促进或抑制作用。现在来看，有许多新颖的泛素水解酶已经被人们所熟知。它们最终被分为5种[2]：有泛素C-羟基末端水解酶、泛素特异性加工蛋白酶（包括UBP和USP）、包含Jad1/Pad/MPN区域的金属酶、Otu区域泛素醛结合酶和Ataxin-3/Josephin。

USP22是泛素水解酶家族成员之一，具有去泛素的作用。实验证实，经过质粒转染的USP22能够成功水解细胞中的Ub-Met-b-gal，使泛素从复合物中脱离。USP22的N末端是锌指结构域，能和人类染色质重塑复合体SAGA（hSAGA）中的其他亚单位相互作用[3]，C末端是泛素水解酶活性区，能够水解组蛋白H2A和H2B上的泛素，从而使hSAGA表现出转录辅助激活因子的作用，激活靶基因转录[4，5]。USP22同系物（Ubp8p）的功能是通过去泛素化H2B激活转录[6,7]，而酵母在组蛋白H2A泛素化中几乎没有重要作用[8]。

2 USP22的分子结构和理化性质

USP22位于人17号染色体上，包括14个外显子。鼠源的Usp22位于鼠11号染色体上，包括13个外显子。研究结果显示人源性USP22和鼠源性Usp22的cDNA均含有1578个碱基对开放读码框，编码了一个含525个氨基酸的多肽，其分子量是60 kDa，等电点是8.02。人源性USP22氨基酸序列和鼠源性Usp22有97.7%的同源性，与其他泛素水解酶也有不同比例的同源性[9]。

3 USP22的表达分布

Northern Blot实验发现[9]，USP22广泛表达于人体各个不同组织。其中，人体的骨骼肌和心脏表达最多，而肺和肝脏表达最少。脑、肾脏和胰腺表达量适中。同样的实验方法检测小鼠Usp22表达，发现了与人体组织不同的表达情况：小鼠脑组织表达量居多，而其他的组织，如肺、肝、心、脾、肾、胃、生殖器官等表达量都比较弱。

4 USP22的生物学功能

4.1 USP22是多梳基因家族蛋白复合体的调节基因之一多梳基因家族（polycomb group，PcG）蛋白维持细胞身份在细胞分裂中的稳定性，具有高度保守性。从功能上讲，PcG蛋白可以分为两个核心蛋白复合体：一是Polycomb repressive complex1(PRC1),维持处于阻抑状态染色质的稳定性；二是Polycomb repressive complex2(PRC2),在转录抑制起始阶段发挥作用[10，11]。BMI-1是PcG中的主要构成蛋白，Glinsky等[12]人认为这种家族信号可能鉴定癌干细胞的特征性肿瘤。含有USP22的PcG蛋白复合体与干细胞的分化调控有关，Molofsky等[13]研究说明有Bmi-1基因缺陷小鼠出生后大脑神经干细胞缺失,这说明在体内神经干细胞的更新需要Bmi-1基因参与。与PcG互相调节的基因有BUB1、HEC1/KNTC2、CCNB1、Ki67、Gbx2、FGFR2、ANK3、CES，USP22。

4.2 USP22是11个基因标记的一个基因 有报道称，一组包含11个基因的基因标记的表达，能够鉴别出具有浸润性生长、转移、耐药等CSCs表型的肿瘤，因而这组基因标志又称为癌干细胞基因标志。Glinsky等对该组基因标记的某个信号片段的功能研究发现，USP22是其中的一个基因，而且USP22在多种肿瘤中有高表达,USP22的高表达预示着肿瘤即将在体内扩散，使治疗失败[14]。所以推测，USP22可能也是癌干细胞的潜在标志之一。

USP22作为癌干细胞标志之一，它的出现和增多，是判断肿瘤治疗后是否复发的潜在指标之一，使癌症病人的诊断和病情级别的划分成为可能,也可能指明新药研发的方向。Yang等[15]指出，在胃癌病人中，USP22高表达与短暂的治疗存活时间密切相关。而且胃癌病人的临床分期越差，USP22表达越高。Zhang等[16]研究指出，在乳腺癌病人中，USP22的高表达是与淋巴结转移、Her-2+、Ki-67+和肿瘤复发有关。在结肠癌的研究中也有相似的结论[17]。Cox回归分析USP22可以作为胃癌、乳腺癌及结肠癌的独立预后指标[16，17]。

4.3 USP22是染色质重塑复合体SAGA结构之一 酵母菌的 SAGA(Spt-Ada-Gcn5-acetyl2transferase，SAGA)是一个由多个蛋白组成的不依赖ATP的多功能染色质重塑复合物。包含以下几类蛋白：⑴转录接头(adaptor)蛋白Ada1、Ada2、Ada3、Ada5/Spt20、Gcn5；⑵Spt蛋白Spt3、Spt7、Spt8 ；⑶TBP 相关的蛋白 TAF5、TAF6、TAF9、TAF10、TAF12；⑷Tra1 蛋白；⑸其他蛋白 Sgf29、Sgf73、Sgf11、Sus1、Chd1、Ubp8。其中，Ubp8在人类的同源物是USP22[18]。SAGA参与和调节癌症发生。原癌基因c-Myc是许多重要生物学功能发挥的调节子,它控制着正常细胞的生长、分化和凋亡。一系列的研究表明,SAGA在细胞c-Myc活性升高所引起的癌变过程中起着重要的作用。USP22在人类肺癌细胞的活性明显升高,同时也发现它与c-Myc调节的细胞癌变呈正相关的。

4.4 与某些特定的基因有关 在体外的数项研究中，除了已经被发现的c-Myc，还有BMI-1、p16INK4a、p14ARF、cyclin D2、ATXN7、ATXN7L3和ENY2[19]，与USP22相互作用，共同参与细胞的生物学行为调节。在人体研究中，Yang等[15]证实，USP22和BMI-1同时激活可能与胃癌的病情进展和治疗失败有关。Liu等[20]实验证明，在原发结肠癌病人中，USP22的表达与c-Myc、BMI-1、P16INK4a有关。

4.5 和细胞增殖及细胞周期的关系 研究发现H1299细胞系中细胞倍增时间是24 h，而阻断USPS22的H1299细胞倍增时间是45 h，因而USPS22有促进细胞增殖的作用。进一步研究发现，USP22对细胞增殖的作用与细胞周期进展有关，因为阻断USP22的细胞停滞在G1期，使得G1期细胞数目增多，而S和G2/M期细胞数目减少。

近些年来USP22研究得越来越深入，发现USP22参与的生物学活动越来越多。某些研究暗示了它的酶活性的抑制剂对于治疗是有好处的，这将成为癌干细胞靶点治疗的一个新的研究点。

[1]Schwartz AL,Ciechanover A.Ubiquitin-mediated protein modifica⁃tion and degradation.[J].Am J Respir Cell Mol Biol,1992,7(5)：463-468.

[2]Amerik AY,Hochstrasser M.Mechanism and function of deubiqui⁃tinating enzymes.[J].Biochim Biophys Acta,2004,1695(1-3)：189-207.

[3]Zhao Y,Lang G,Ito S,et al.A TFTC/STAGA Module Mediates HistoneH2A and H2B Deubiquitination,Coactivates Nuclear Re⁃ceptors,and Counteracts Heterochromatin Silencing[J].Mol Cell,2008,29(1)：92-101.

[4]Glinsky G V.Genomic models of metastatic cancer：functional anal⁃ysis of death-from-cancer signature genes reveals aneuploid anoi⁃kis-resistant,metastasis-enabling phenotype with altered cell cycle control and activated Polycomb Group(PcG)protein chromatin si⁃lencing pathway[J].Cell Cycle,2006,5(11)：1208-1216.

[5]Zhang X Y,Varthi M,Sykes S M.The putative cancer stem cell marker USP22 is a subunit of the human SAGA complex required for activated transcription and cell cycle progression[J].Mol cell,2008,29(1)：102-111.

[6]Henry KW,Wyce A,Lo WS,et al.Transcriptional activation via sequential histone H2B ubiquitylation and deubiquitylation,mediat⁃ed by SAGA-associated Ubp8[J].Genes Dev,2003,17(21)：2648-2663.

[7]Daniel JA,Torok MS,Sun ZW,et al.Deubiquitination of histone H2B by a yeast acetyltransferase complex regulates transcription.[J].Biol Chem,2004,279(3)：1867-1871.

[8]Swerdlow PS,Schuster T,Finley D.A conserved sequence in his⁃tone H2A which is a ubiquitination site in higher eucaryotes is not required for growth in Saccharomyces cerevisiae.[J].Mol Cell Biol,1990,10(9)：4905-4911.

[9]Lee HJ,Kim MS,Shin JM,et al.The expression patterns of deubiq⁃uitinating enzymes,USP22 and Usp22[J].Gene Expression Pat⁃terns,2006,6(3)：277-284.

[10]Schuettengruber B,Chourrout D,Vervoort M,et al.Genome regula⁃tion by polycomb and trithoraxproteins[J].Cell,2007,128(4)：735-745.

[11]Otte AP,Kwaks TH.Gene repression by polycomb groupprotein complexes：a distinct complex for every occasion[J]?Curr Opin Genet Dev,2003,13(5)：448-454.

[12]Glinsky GV.Death-from-cancer signatures and stem cell contribu⁃tion to metastatic cancer[J].Cell Cycle,2005,4(9)：1171-1175.

[13]Molofsky AV,Pardal R,Iwashita T,et al.Bmi-1 dependence dis⁃tinguishes neural stem cell self-renewal from progenitor prolifera⁃tion[J].Nature,2003,425(6961)：962-967.

[14]Glinsky GV,Berezovska O,Glinskii AB.Microarray analysis iden⁃tifies a death-from-cancer signature predicting therapy failure in patients with multiple types of cancer[J].Clin Invest,2005,115(6)：1503-1521.

[15]Yang DD,Cui BB,Sun LY,et al.The Co-expression of USP22 and BMI-1 May Promote Cancer Progression and Predict Therapy Failure in Gastric Carcinoma[J].Cell Biochem Biophys,2011,61(3)：703-710.

[16]Zhang Y,Yao L,Zhang X,et al.Elevated expression of USP22 in correlation with poor prognosis in patients with invasive breast can⁃cer[J].Cancer Res Clin Oncol,2011,137(8)：1245-1253.

[17]Liu YL,Yang YM,Xu H,et al.Aberrant expression of USP22 is associated with liver metastasis and poor prognosis of colorectal cancer[J].Surg Oncol,2011,103(3)：283-289.

[18]Baker SP,Grant PA.The SAGA continues：expanding the cellular role of a transcriptional co-activator complex[J].Oncogene,2007,26(37)：5329-5340.

[19]Lang G,Bonnet J,Umlauf D,et al.The tightly controlled deubiqui⁃tination activity of the human SAGA complex differentially modi⁃fies distinct gene regulatory element[J].Mol Cell Biol,2011,31(18)：3734-3744.

[20]Liu YL,Yang YM,Xu H,et al.Implication of USP22 in the regu⁃lation of BMI-1，C-Myc，P16INK4a，P14ARF、and cyclin D2 ex⁃pression in primary colorectal carcinomas[J].Diagn Mol Pathol,2010,19(4)：194-200.

R318

A

1007-6948(2012)03-0321-02

10.3969/j.issn.1007-6948.2012.03.047

天津市南开医院病理科（天津 300100）

（收稿：2011-12-10 修回：2012-05-10）

（责任编辑 张淑坤）