QM基因研究进展

刘 依，刘 敏，贺艳萍，董国清

(1.武汉工业学院生物与制药工程学院，湖北武汉430023;2.武汉工业学院食品科学与工程学院，湖北武汉430023)

1 QM基因发现与保守性

1.1 QM的发现

Wilms’肿瘤是一种在儿童中高发的肾母细胞瘤，Weissman等［1］研究发现，通过微细胞转移技术将正常人的11号染色体转入Wilms’肿瘤细胞后，这些细胞的瘤变性质完全受到抑制，而转入其它的染色体时则没有影响，从而推断11号染色体上存在调控肾母细胞瘤变的遗传信息，并将其定位于染色体的 11pl3和 11p15区域。随后，Dowdy等［2］对Wilms’肿瘤发生细胞系(G401)和来自同一细胞系经转化后非肿瘤发生的杂合细胞G401(110.1/G401.1)进行cDNA/RNA差减杂交实验，克隆到一个cDNA片段，命名为QM，该cDNA长745 bp，编码一个分子量为25 kDa的碱性蛋白。QM基因定位于Xq28区域［3］，我们进行序列查询时也发现QM基因包含7个外显子，定位于Xq28区域。

在Wilms’肿瘤抑制方面，由于QM基因在肿瘤发生和非肿瘤发生细胞系间的表达水平存在明显差异，因此Dowdy等［2］推断QM基因可能与非肿瘤表型的维持有关。但随后研究表明，在染色体的11p区域并不存在QM基因同源序列，从而证明QM基因并不直接参与Wilms’肿瘤的抑制［4］。但是QM基因在肿瘤发生和非肿瘤发生细胞系之间的表达差异仍然值得我们去思考。

继Dowdy等［2］从人基因组中克隆 QM基因之后，研究工作者又陆续从其它真核生物中克隆了QM的同源基因，我们对GenBank中已发布序列进行检索时也发现，QM基因序列在大多真核生物中都存在。

1.2 QM基因的保守性

L16p/L10e蛋白质家族(Pfam蛋白质家族数据库)包括三大类蛋白质：真核生物核糖体蛋白L10(即RPL10，也称为QM)、真细菌核糖体蛋白L16及古细菌核糖体蛋白L10e。L16p/L10e蛋白质家族蛋白主要在核糖体大亚基上构建氨酰tRNA结合位点，并且在进化上非常保守，特别是真核生物核糖体蛋白L10［5］。如：茶QM同源基因CsQM包含651 bp的开放阅读框，编码216个氨基酸残基，与其它植物中得到的QM同源物在核苷酸和氨基酸水平上具有71%—87%和85%—91%的相似性［6］。

另外，序列分析显示真核生物核糖体蛋白L10的N端175个氨基酸高度保守，特别是带电氨基酸;相比而言，它们在C末端的变异相对较大，但是在同一进化水平的物种内还是相当保守的。进化分析也表明，QM基因进化速度较慢，大约每2200万年有 1%的改变［7］。

2 QM蛋白具有多种多样的生物学功能

2.1 QM的肿瘤抑制功能

QM最初就是作为Wilms’肿瘤的一种待定抑制因子被发现的，虽然后来证明QM基因并不直接涉及Wilms’肿瘤的抑制，但它在肿瘤和非肿瘤细胞系之间的表达差异仍然值得我们去思考［2］。卵巢癌(ovarian cancer)作为一种常见的女性恶性肿瘤，同时也是迄今为止最致命的肿瘤之一，Shen等［8］对29个卵巢癌组织切片进行研究时发现，Xq28区域的高频率杂合性丢失(Loss of heterozygosity，LOH)和微卫星不稳定性(microsatellite instability，MSI)及QM基因605位高频率A/G杂合度与卵巢癌具有相关性。通过免疫组化检测QM蛋白在人类前列腺组织及前列腺癌中的表达时发现，在前列腺癌发生早期，QM蛋白在非瘤性前列腺组织、高分级前列腺上皮内瘤(high-grade prostatic intraepithelial neoplasia，HGPIN)、低分级前列腺癌(low-grade prostatic adenocarcinomas)到高分级前列腺癌(low-grade prostatic adenocarcinomas)中的表达量是下调的，这支持了QM蛋白具有肿瘤抑制功能的观点;而随后的发展过程中，QM蛋白的表达量却是上调的，可能与肿瘤细胞内蛋白质的高表达水平有关［9］。Src酪氨酸激酶家族蛋白与细胞内多条信号传导途径有关，在细胞生长、分化、衰老等生命活动中具有重要的作用，研究发现QM蛋白能与Src酪氨酸激酶家族成员c-Yes(原癌基因c-Yes的编码产物)相互作用，其中QM蛋白存在2个不同的结构域可以与c-Yes的SH3结构域结合，免疫荧光实验也显示，QM蛋白与c-Yes的相互作用存在于各种肿瘤细胞系内［10］。此外，QM蛋白在调控胰腺瘤细胞生长方面也具有重要作用。

2.2 QM基因编码核糖体蛋白

在真核生物中，RPL10作为一种核糖体蛋白，在核糖体装配及蛋白质合成方面具有重要的作用。RPL10是位于核糖体60 S亚基上的外周蛋白，是40 S亚基和60 S亚基组装形成80 S核糖体不可缺少的组分，其中，RPS6(核糖体蛋白S6，位于40S亚基上)与RPL10相互作用在大小亚基组装过程中发挥重要作用［11］。在核糖体60 S亚基成熟过程中，衔接蛋白Nmd3p在细胞核中与初生核糖体60 S亚基结合，提供核输出信号(nuclear export signal，NES)，进而介导60S亚基转移至细胞质中，而Nmd3p从亚基上的释放需要Rpl10p和Lsg1p参与：在细胞质中，Rpl10p在其分子伴侣Sqt1p协助下结合到亚基上，细胞质GTP酶Lsg1p也在这一过程中结合到亚基上，并且Lsg1p可能先于Rpl10p和Sqt1p结合到大亚基上，最后，Nmd3p、Lsg1p和Sqt1p从成熟亚基上释放［12-15］。

2.3 QM在转录调控方面的功能

AP-1(activator protein-1)是一类重要的真核细胞转录因子，正常情况下活性很低或无活性，但激活的AP-1与DNA序列结合之后能启动多种与细胞分裂和增殖相关基因的转录，参与细胞的增殖、分化和凋亡等过程，鸡jif-1(QM同源基因)编码蛋白可能作为Jun的一个负调控因子，能与转录因子AP-l的组分之一Jun相结合，进而抑制Jun与DNA结合，降低Jun的反式激活作用［16］。内阿米巴(Entamoeba histolytica)EhL10(QM同源蛋白)可以破坏AP-1与c-Jun-like蛋白的专一性结合，同时EhL10与c-Jun-like蛋白形成复合物可以干扰由c-Jun调控的靶基因转录［17］。另外，QM蛋白可能是一个新的锌结合转录调控蛋白，通过与c-Jun的亮氨酸拉链结合发挥作用，如：Zn2+离子与合浦珠母贝QM蛋白一起孵育将导致其固有荧光发射的减少及λmax发射发生红移，即导致QM构象发生变化［18］。此外，小麦TaQM蛋白可以与WPBF相互作用，进而增强储藏蛋白基因 α-gliadin的表达［19］。

2.4 QM参与细胞的生长、分化及凋亡

QM基因作为一种持家基因，在基本生命活动中发挥重要作用。通过对茶不同生长时期叶片中CsQM(QM同源基因)表达水平进行研究分析发现，在活跃生长期的心尖芽中可以观察到CsQM基因的高水平表达，并且表达水平随着叶龄的增加而逐渐降低;在休眠季节，在所有研究的叶片中CsQM基因的表达水平都有较高的下调［6］。在MC3T3-E1细胞系中，过表达QM基因能够使碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)活性显著性升高，进而促进成骨细胞分化，同时QM基因过表达也能够使矿化结节增加，提示QM蛋白可能在促进成骨细胞矿化方面也具有一定作用［20］。卵巢早衰(Premature ovarian failure，POF)是一种常见的女性疾病，它与X染色体上的基因表达异常有着密切的关系，Massad-Costa等［21］对卵巢败育病人进行研究时发现，在一例卵巢败育病人的QM基因区域存在5个突变位点，其中4个可以改变蛋白质的氨基酸序列，但是QM基因进化速度较慢，大约每2200万年有1%的改变［7］，因此推断QM基因可能与卵巢早衰具有一定关联，但是其作用机理仍然需要进一步研究。

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)可分为家族遗传性和散发性2种，其中家族性AD的一个主要致病基因是早老素基因(Presenilin 1，PS1)，定位于14号染色体上，PS1能与c-Jun的一种负调控因子QM/Jif-1相互作用，进而调控c-Jun介导的转录及细胞凋亡［22］。此外，降低RPL10等核糖体蛋白基因的拷贝数(QM基因在酵母中是多拷贝的)能够在一定程度上延长酵母的复制周期［23］。

2.5 QM参与免疫应答

此外，QM基因在免疫应答方面也具有重要的作用。Wen等［24］在研究草鱼抗病时发现，当受到嗜水气单孢菌(Aeromonas hydrophila)和草鱼出血病病毒(GCHV)侵染时，GcQM在前肾、脾和肝中的表达水平显著上调，表明草鱼GcQM可能是一种炎症胁迫诱导基因，在免疫防御中发挥重要作用。日本囊对虾PjQM蛋白能与免疫球蛋白和酚氧化酶(免疫激活系统中的一个关键酶)相互作用，从而介导免疫应答反应［25］。另外，rpL10A是 NIK1(NSP-interacting kinase-1)的一种特异性配体和底物，并作为NIK1介导的防御途径的下游元件发挥作用，细胞质中的rpL10A由NIK1磷酸化后，由NIK1介导转移至细胞核中，并在那里影响和调控病毒的增殖，但是磷酸化的rpL10A是如何发挥抗病毒作用的仍然不是很清楚［26-27］。但是来自大白菜曲叶病毒(CaLCuV)的NSP(nuclear shuttle protein)能够与NIK1的激活区域结合，阻止NIK1的自身磷酸化作用，进而终止整个防御通路［26］。

3 结束语

QM基因广泛存在于真核生物中，并且在进化上高度保守。我们在GenBank中进行序列搜索时也发现，都有QM基因序列存在于大多数真核生物中，其中以动物界和真菌界为主，而在植物界和原生生物界中的克隆较少。对这些QM基因序列进行比对分析发现，它们在进化上非常保守(数据未发表)。

功能研究表明，QM蛋白是一种多功能蛋白，在肿瘤抑制、核糖体构型与功能维持、转录调控、免疫应答及细胞生长分化和凋亡等方面都具有重要的作用。虽然QM蛋白在生命活动中扮演重要的角色，但是对于QM蛋白在这些过程中的功能机理依然存在许多未知。此外，关于QM基因克隆及功能的研究主要集中于动物和酵母中，而植物和原生生物中较少。因此，QM基因在生命活动中的功能还有待进一步的研究。我们相信，随着对不同物种中QM基因研究的不断深入，其在生物体中的作用机理将会被进一步阐述清楚，最终为人类的疾病治疗、农业生产和生活等方面提供有益的指导。

［1］ Weissman B E，Saxon P J，Pasquale S R，et al.Intriduction of a normal human chromosome-11 into a wilms tumor-cell line controls its tumorigenic expression［J］.Science，1987，236(4798)：175-180.

［2］ Dowdy S F，Lai K M，Weissman B E，et al.The isolation and characterization of a novel cDNA demonstrating an altered mRNA level in nontumorigenic Wilms’microcell hybrid cells［J］.Nucleic Acids Res.，1991，19(20)：5763-5769.

［3］ Kaneko K，Kobayashi H，Onodera O，et al.Genomic organization of a cDNA(QM)demonstrating an altered mRNA level in nontumorigenic Wilms’microcell hybrid cells and its localization to Xq28［J］.Hum Mol Genet.，1992，1(7)：529-533.

［4］ van den Ouweland A M，Verdijk M，Mannens M M，et al.The QM gene is X-linked and therefore not involved in suppression of tumorigenesis in Wilms’tumor［J］.Hum Genet，1992，90(1-2)：144-146.

［5］ Nishimura M，Kaminishi T，Takemoto C，et al.Crystal structure of human ribosomal protein L10 core domain reveals eukaryote-specific motifs in addition to the conserved fold［J］.J Mol Biol，2008，377(2)：421-30.

［6］ Singh K，Paul A，Kumar S，et al.Cloning and differential expression of QM like protein homologue from tea［Camellia sinensis(L.)O.Kuntze］［J］.Mol Biol Rep，2009，36(5)：921-927.

［7］ Farmer A A，Loftus T M，Mills A A，et al.Stanbridge E J.Extreme evolutionary conservation of QM，a novel c-Jun associated transcription factor［J］.Hum Mol Genet，1994，3(5)：723-728.

［8］ Shen X J，Ali-Fehmi R，Weng C R，et al.Loss of heterozygosity and microsatellite instability at the Xq28 and the A/G heterozygosity of the QM gene are associated with ovarian cancer［J］.Cancer Biol Ther，2006，5(5)：523-528.

［9］ Altinok G，Powell I J，Che M，et al.Reduction of QM protein expression correlates with tumor grade in prostatic adenocarcinoma［J］.Prostate Cancer Prostatic Dis，2006，9(1)：77-82.

［10］ Oh H S，Kwon H，Sun S K，et al.QM，a putative tumor suppressor，regulates proto-oncogene c-yes［J］.J Biol Chem.，2002，277(39)：36489-36498.

［11］ Pachler K，Karl T，Kolmann K，et al.Functional interaction in establishment of ribosomal integrity between small subunit protein rpS6 and translational regulator rpL10/Grc5p［J］.FEMS Yeast Res.，2004，5(3)：271-280.

［12］ West M，Hedges J B，Chen A，et al.Defining the order in which Nmd3p and Rpl10p load onto nascent 60S ribosomal subunits［J］.Mol Cell Biol.，2005，25(9)：3802-3813.

［13］ Zemp I，Kutay U.Nuclear export and cytoplasmic maturation of ribosomal subunits［J］.FEBS Lett，2007，581(15)：2783-2793.

［14］ Hedges J，West M，Johnson A W.Release of the export adapter，Nmd3p，from the 60S ribosomal subunit requires Rpl10p and the cytoplasmic GTPase Lsg1p［J］.EMBO J，2005，24(3)：567–579.

［15］ Hofer A，Bussiere C，Johnson A W.Mutational analysis of the ribosomal protein Rpl10 from yeast［J］.J Biol Chem，2007，282(45)：32630-32639.

［16］ Monteclaro F S，Vogt P K.A Jun-binding protein related to a putative tumor suppressor［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，1993，90(14)：6726-6730.

［17］ Chávez-Rios R，Arias-Romero L E，Almaraz-Barrera Mde J，et al.L10 ribosomal protein from Entamoeba histolytica share structural and functional homologies with QM/Jif-1：proteins with extraribosomal functions［J］.Mol Biochem Parasitol.，2003，127(2)：151-160.

［18］ Zhang Y，Huang J，Meng Q，et al.Molecular cloning and expression of a pearl oyster(Pinctada fucata)homologue of mammalian putative tum or suppressor QM［J］.Mar Biotechnol(NY).，2004，6(1)：8-16.

［19］ Dong G Q，Ni Z F，Yao Y Y，et al.Wheat Dof transcription factor WPBF interacts with TaQM and activates transcription of an alpha-gliadin gene during wheat seed development［J］.Plant Mol Biol，2007，63：73–84.

［20］ Zhao Y，Guan H，Liu S F，et al.Overexpression of QM induces cell differentiation and mineralization in MC3T3-E1［J］.Biol Pharm Bull，2005，28(8)：1371-1376.

［21］ Massad-Costa A M，da Silva I D，Affonso R，et al.Gene analysis in patients with premature ovarian failure or gonadal dysgenesis：a preliminary study［J］.Maturitas.，2007，57(4)：399-404.

［22］ Imafuku I，Masaki T，Waragai M，et al.Presenilin 1 suppresses the function of c-Jun homodimers via interaction with QM/Jif-1［J］.J Cell Biol，1999，147(1)：121-34.

［23］ Chiocchetti A，Zhou J，Zhu H，et al.Ribosomal proteins Rpl10 and Rps6 are potent regulators of yeast replicative life span［J］.Exp Gerontol，2007，42(4)：275-286.

［24］ Wen Y，Shao J Z，Pan X X，et al.Molecular cloning，characterization and expression analysis of QM gene from grass carp(Ctenopharyngodon idellus)homologous to Wilms’tumor suppressor［J］.Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol，2005，141(3)：356-365.

［25］ Xu J，Wu S，Zhang X.Novel function of QM protein of shrimp(Penaeus japonicus)in regulation of phenol oxidase activity by interaction with hemocyanin［J］.Cell Physiol Biochem.，2008，21(5-6)：473-480.

［26］ Carvalho C M，Santos A A，Pires S R，et al.Regulated nuclear trafficking of rpL10A mediated by NIK1 represents a defense strategy of plant cells against virus［J］.PLoS Pathog，2008，4(12).

［27］ Rocha C S，Santos A A，Machado J P，et al.The ribosomal protein L10/QM-like protein is a component of the NIK-mediated antiviral signaling［J］.Virology，2008，380(2)：165-169.