组蛋白甲基转移酶NSD家族的研究进展

赵 敏，肖 辉，潘 之（综述），杨桂兰（审校）

（兰州军区兰州总医院皮肤科，兰州 730000）

组蛋白是染色质基本结构核小体的重要组成部分，其翻译后N端经过包括甲基化、磷酸化、泛素化、生物素化和ADP核糖基化等多种修饰［1-4］，这些修饰作为表观遗传学中重要的调控机制，在转录调控和染色质重构等多种生物学过程中发挥重要作用［5］。目前研究较多的是组蛋白赖氨酸甲基化，组蛋白赖氨酸甲基化修饰主要是由一类含有SET（suvar，enhancer of zeste，and trithorax）结构域的组蛋白甲基转移酶来执行，其中 nuclear receptor binding SET domain containing（NSD）家族含有与甲基转移酶SET2高度同源、高度保守的SET结构域，因此NSD蛋白亦具有甲基转移酶活性，参与染色质的调节［6］。NSD家族与疾病密切相关，因而倍受人们的关注，家族的3个成员 NSD1（KMT3B）、NSD2（MMSET或WHSC1）和NSD3（WHSC1L1）的编码分别位于基因座5q35、4p16、8p12上，在生长发育中各自执行特有的功能，在多种疾病中发挥重要的作用［7］，其中以NSD2研究较多。现就NSD家族的研究进展予以综述。

1 NSD1

NSD1最初是从酵母里鉴定出来的［8］，其有2个 mRNA亚型，其生理功能由2个不同亚型相对表达水平决定［9］。在分子水平，NSD1能特异地介导H3K36和H4K20的甲基化，其中通过催化H3K36参与基因转录激活［10］。在分子水平，NSD1能特异地介导H3K36和H4K20的甲基化，其中通过催化 H3K36参与基因转录激活［10］。Rayasam 等［11］认为，在细胞水平NSD1缺陷型的胚胎在形成中胚层时，细胞的凋亡率增高，不能形成完整的原肠胚，所以NSD1是发育调节蛋白。NSD1对机体生长发育是不可或缺的，并和多种疾病密切相关。在急性髓性白血病和骨髓增生异常综合征中，NSD1蛋白突变，与NUP98形成融合蛋白［12］;约4.8%的小儿急性髓性白血病有NUP98-NSD1融合蛋白表达，其相关基因的表达与疾病不良预后密切相关［13］。且NUP98-NSD1融合蛋白已被证实在小鼠体内能促进急性髓性白血病中致癌基因的表达［14-15］。NSD1单倍剂量不足与一种以智力发育迟缓、面部发育异常为特征的索托斯（Sotos）综合征相关，目前已被用作临床诊断指标之一［16］。Makeyev 和 Bayarsaihan［17］通过全基因组启动子结合研究发现，作为肿瘤坏死因子11-1靶点的NSD1与颅面部及牙齿疾病的诊断治疗密切相关。可见，NSD1在机体发育分化中起重要作用。

2 NSD2

NSD家族研究最多的是NSD2，因此对其功能和意义也相对更加明确，已发现其在多种疾病尤其癌症的发生、发展中发挥重要作用。

2.1 NSD2的甲基转移作用 据报道，NSD2及其亚型能催化多种组蛋白甲基化，包括组蛋白H3K36的二甲基化及三甲基化（H3K36me2、H3K36me3）［18］、组 蛋 白 H3K4 三 甲 基 化（H3K4me3）、组蛋白 H3K27 的三甲基化（H3K27me3）［19］和组蛋白 H4K20的二甲基化、三甲基化（H4K20me2，H4K20me3）［20］。但 Kuo 等［21］通过一系列实验验证了 NSD2在参与基因转录激活过程中只特异性地催化H3K36me1和H3K36me2，并没有甲基化其他位点的氨基酸;其中，H3K36me2是NSD2执行生理功能的主要产物。因此，对NSD2确切的催化活性与调节染色质的功能有待进一步研究。

2.2 NSD2在DNA损伤应激中的作用 DNA产生双链断裂时，NSD2通过γH2AX-MDC1通路锚定到DNA双链断裂位点，从而介导H4K20的甲基化，招募53BP1至DNA损伤位点参与DNA的修复，由此推测，NSD2下调会使细胞辐照敏感度增加;另外，NSD2在γH2AX-MDC1通路和H4K20的关联中起桥梁作用［22］。这就预示着NSD2表达失调可能直接影响机体对DNA损伤的反应，结果导致各种疾病的产生。

2.3 NSD2和其他甲基转移酶的相互作用 甲基转移酶EZH2主要催化H3K27的三甲基化（H3K27me3），与转录抑制相关;NSD2催化H3K36me2与转录激活相关，两者在转录抑制、转录激活和肿瘤形成等过程中的相互协调形成甲基转移酶调节轴（EZH2-NSD2轴）;EZH2-NSD2轴在正常的表观遗传学和疾病的进展中发挥重要的作用;在这个调节轴里，EZH2通过微 RNA（microRNA，miRNA）网络（miR-203、miR-26a和 miR-31）下调 NSD2的表达，EZH2介导的H3K27me3通过NSD2调节H3K36me2;EZH2调节细胞迁徙和侵袭表型需要NSD2的表达，且在胃癌、结肠癌、胰腺癌等15种不同的肿瘤中，两者表达具有高度一致性［23］。另外，有报道NSD2和家族成员NSD1相互作用刺激细胞的转化［7］，提示NSD2在执行生理功能时会与其他甲基转移酶相互协调。

2.4 NSD2和肿瘤等疾病的发生 NSD2在快速生长的正常胚胎组织中表达，其基因的表达失调会引起相应的疾病。体外实验结果表明，NSD2的高表达直接影响肿瘤细胞的形成和转移［23］。已发现，NSD2在诸多癌中高表达，约66.7%基底细胞癌和默克尔细胞癌等皮肤癌中NSD2表达上调［24］。约15%的多发性骨髓瘤患者携带第4号染色体和第14号染色体易位［t（4;14）（p16.3;q32）］，t（4;14）正调节成纤维细胞生长因子受体FGFR3和NSD2 2个基因，其中NSD2过表达和细胞的黏附、克隆及肿瘤形成有关［25］。NSD2是染色质结构和转录的主要调节者，NSD2过表达导致整个基因组H3K36me2水平异常增高，同时伴随着H3K37甲基化水平的显著下降，结果致染色质结构更加开放，且在多发性骨髓瘤细胞中;NSD2表达下调改变了细胞的黏附特性、抑制了细胞生长且诱导了细胞凋亡，因此推测NSD2高表达影响的基因与p53通路及细胞调节周期有关;在晚期胶质母细胞瘤中也发现NSD2的活性增高［26］。一种以颅额面畸形、生长和智力缺陷、先天性心脏缺陷及抗体缺陷为特征的狼赫塞豪恩综合征中显示，NSD2单倍剂量不足，模拟的NSD2缺陷小鼠表现出一系列类似狼赫塞豪恩综合征的症状［7］。可见，NSD2在机体正常发育中发挥的作用比预想的重要。

2.5 NSD2的表达调控 抑癌蛋白p53是一重要的转录因子，其作用方式主要是作为一个增强子起作用。研究表明，在SUV39H1基因的转录起始位点有p53的结合位点，p53靶向抑制SUV39H1（主要催化H3K9三甲基化）进而影响异染色质的重组，直接决定细胞的命运［27］。NSD2表达改变影响细胞的生长、凋亡及黏附特性，NSD2调控的基因与p53通路及细胞调节周期有关［26］。研究并揭示p53对NSD2的调控作用，有助于深入了解肿瘤发生、发展的调控机制，对肿瘤的预防和治疗具有重要意义。

3 NSD3

NSD3约有700个氨基酸片段与NSD1、NSD2高度相似，这段相似的片段包含几个保守的区域（如SET结构域和锌指蛋白）;与 NSD1一样，急性髓性白血病患者的 NSD3与NUP98形成融合蛋白，但其作用机制尚不清楚;但在H3识别区，NSD3的染色质绑定基序PHD5-C5HCH不同于其他NSD家族成员［28］。人类的NSD3基因与恶性血液病、乳腺癌和肺癌等疾病相关，揭示了NSD3在调控细胞增殖和分化过程中扮演重要角色，同时Zhou等［29］的研究也证实，NSD3的亚型NSD3L在乳腺癌细胞中发挥了抑癌蛋白的作用，暗示NSD3可能是一个候选致癌基因。溴结构域蛋白4通过招募NSD3和JMJD6等蛋白调节转录活性［30］。关于NSD3的功能分析报道尚少，由于NSD3与NSD1、NSD2高度相似，推测其也具有催化H3K36甲基化的功能，可能是一个转录抑制因子［8］。

4 小结

在人类肿瘤中已发现多种组蛋白修饰的异常调节;针对组蛋白修饰酶的复合物正在研发中，这种复合物作为表观遗传治疗在血液恶性肿瘤和实体瘤中已证实有效［31］。但鉴于NSD家族修饰的复杂性，对于揭示其在转录调控和染色质重构等多种生物学过程中如何发挥重要作用将会是一个巨大的挑战。目前，针对NSD家族各成员的功能还未十分明确，需要进一步探索。其中，NSD2在多种癌症中表达水平上调，NSD2表达下调改变了细胞的黏附性能、抑制了细胞生长且诱导了凋亡［26］，因此靶向调节NSD2的表达有可能用于肿瘤的防治。研究NSD2的调控机制，阐明其上、下游事件，对于其在癌症靶向治疗中的应用十分重要。

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