蛋白质精氨酸甲基转移酶家族与肿瘤的关系

许 婷综述，曹仁贤审校

（南华大学附属第一医院内分泌科，湖南衡阳421001）

蛋白质精氨酸甲基转移酶家族与肿瘤的关系

许 婷综述，曹仁贤审校

（南华大学附属第一医院内分泌科，湖南衡阳421001）

蛋白精氨酸N-甲基转移酶； DNA修复； RNA加工，转录后； 翻译； 肿瘤； 综述

随着对蛋白质磷酸化的深入研究，精氨酸甲基化备受人们关注。蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMTs）催化精氨酸残基甲基化。精氨酸是唯一含有胍基组的氨基酸，其包含5个潜在的氢键，有利于与生物氢键受体位置相互交换。精氨酸甲基化在细胞核和细胞质中是一种常见的翻译后修饰，2％左右的精氨酸甲基化是在小鼠肝细胞核中。其以S-腺苷-甲硫氨酸为甲基供体，将甲基转移到蛋白质精氨酸胍基的氮原子上。蛋白质精氨酸甲基转移酶根据其理化性质的不同，共分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4种类型[1]。Ⅰ型PRMT催化精氨酸侧链的w-N形成单甲基（MMA）和不对称双甲基（aDMA）；Ⅱ型PRMT可在精氨酸侧链的w-N形成单甲基（MMA）和对称型双甲基（sDMA）；Ⅲ型PRMT仅能在精氨酸侧链的w-N形成单甲基，而Ⅳ型PRMT在精氨酸侧链的δ-N形成单甲基[1-2]。不同类型的PRMTs为肿瘤的预防、诊断和治疗提供新方法。PRMTs涉及许多细胞过程，影响着细胞生长、增殖和分化，可能与几种不同疾病的发病机制有关，包括癌症。因此，本文对肿瘤与PRMTs的关系作一综述。

1 PRMTs与精氨酸甲基化

PRMTs参与精氨酸甲基化，而精氨酸甲基化是一种翻译后修饰的方式，且PRMTs存在于生物体内，调节许多重要的生理环节，如DNA修复、RNA加工、转录调控和信号转导等。

1.1 DNA修复 PRMT1参与DNA修复蛋白复合物的精氨酸甲基化，并能调节该复合物的活性。用PRMT1 siRNA或甲基化抑制剂处理的细胞使DNA损害反应存在细胞缺乏停滞期，提示PRMTs在DNA损害信号途径中发挥重要作用。细胞周期停滞是正常细胞遭受DNA损伤后的一种自我保护机制，随后开始修复受损的DNA，若修复失败则诱导细胞进入凋亡周期。P53结合蛋白1（53BP1）包含GAR序列，是DNA损伤的另一个重要调节者。有研究发现，53BP1可能是PRMT1或PRMT5的底物，其甲基化作用可能与DNA修复有关[3]。

1.2 RNA加工 PRMTs的主要催化底物是RNA结合蛋白（RBPs）。RBPs的种类很多，部分RBPs被证实通过与RNA相互作用来调节细胞功能，可特异性参与mRNA稳定性、翻译或其他层面的基因调控。PRMTs参与了多种RBPs的精氨酸甲基化[4]，从而调节RNA与蛋白质之间的相互作用。因此推测PRMTs与RNA的转录后修饰有关。然而，精氨酸甲基化对于RNA与RBPs结合程度影响有多大仍有待鉴定。

1.3 转录调节 转录的起始和延长过程都有精氨酸甲基化的参与。PRMT1和PRMT4/CARM1甲基化修饰组蛋白产生的ADMA参与某些基因转录的激活；PRMT5催化产生的SDMA则抑制某些基因的表达。可见组蛋白的精氨酸甲基化修饰对基因的转录调控起着非常重要的作用。此外，PRMTs还可以通过对某些转录共激活因子的甲基化修饰调节其转录活性。

1.4 信号转导 在多条信号途径中，精氨酸甲基化可以作为干扰素受体、T细胞受体、细胞因子受体和神经生长因子受体信号转导下游的标志。信号转导是通过改变蛋白与蛋白之间的相互作用，从而改变蛋白质的生物学功能。精氨酸甲基化对这些相互作用起阻碍或促进作用。PRMT1能催化STAT甲基化，而JAK/STAT转导通路是肿瘤发生发展的一条通路，促进肿瘤的形成。

2 PRMT s与肿瘤的发生、发展密切相关

2.1 PRMT1 PRMT1表达的改变（大多数是上调）在多种类型的肿瘤中已经被观察到。PRMT1是PRMTs家族中的成员之一，其90％存在哺乳动物细胞中[5]。在组蛋白甲基化中，PRMT1可甲基化组蛋白H4中的第3位精氨酸，这是转录激活的标志。在前列腺癌中，H4R3甲基化状态与肿瘤的分级有关，可以用来预测前列腺癌复发的风险[6]。尽管H4R3me2a活化核染色质状态的基本机制尚未完全阐明，甲基精氨酸效应器分子TDRD3与转录激活的标志可相互作用[7]。在乳腺癌的预后评分系统中，TDRD3已被确定为一个候选基因，TDRD3高表达的非组蛋白的底物为PRMT1。DNA甲基化的修复通道蛋白MRE11（又名MRE11A）[8]和53BP1也可能与PRMT1和肿瘤的连接有关。在哺乳动物中 MRE11-CRAD5-NBS1复合物被称为MRN复合物，其在DNA双链断裂的同源重组修复中起着至关重要的作用，它是通过电离辐射或在DNA复制中被诱导。MRE11的甲基化作用调节DNA双链核酸外切酶的活性。同样，53BP1参与信息传递及受损DNA修复的早期事件。甲基转移酶抑制剂是通过53BP1甲基化的阻断作用于细胞。甲基转移酶抑制剂扰乱53BP1的定位，使DNA受损。此外，PRMT1已被证明与人类端粒有关。PRMT1的低表达能够维持端粒长度，它在DNA修复途径和端粒致癌的发生过程中具有重要作用。

PRMT1含有多个结合变体，也定位在细胞质中，参与信号转导通路，雌激素受体就是其中之一。在乳腺癌中，雌激素受体的表达对疾病的预后至关重要，与此同时，基因组和非基因组雌激素受体参与乳腺癌的发病机制。PRMT1调节雌激素受体甲基化是通过SRC-P13KFAK级联和AKT通路来协调细胞的增殖和生存。另外，有研究报道PRMT1参与了白血病的发展，表明PRMT1特定的抑制剂能够有效治疗白血病[9]。也有文献报道，WNT信号通路参与PRMT1和肿瘤的发生发展[10]。已有文献报道，在乳腺癌、前列腺癌、肺癌、结肠癌和膀胱癌和白血病中可以发现PRMT1的过表达和异常剪接[11]。

2.2 PRMT2 PRMT2具有相对较弱的甲基化活性，但目前还鲜见PRMT2具有酶活性的文献报道。在独立配体中，其与大量核受体相互作用。PRMT2可以增加ERα-、PR-、AR-、PPARγ-和RARα-介导的转录活性。有文献报道，在游离雄激素存在的情况下，AR和PRMT2局限于细胞质中；而在雄激素存在的情况下，AR和PRMT2存在蛋白质共定位和能易位到细胞核上[12]。在乳腺癌中，发现PRMT2存在3个接头变体[13-14]，分别是PRMT2α、PRMT2β、PRMT2γ。在乳腺癌细胞系和人类乳腺癌样本中，PRMT2的表达与ERα的状态有关[10，13]。有文献报道，肿瘤组织中PRMT2的接头变体较正常组织的表达增强；另外，在肿瘤组织中，PRMT2的mRNA表达与ER-阳性状态有关。PRMT2除了作为核受体的共激活因子外，也被认为是组蛋白修饰酶，它是通过β-链蛋白使H3R8me2α增加[15]。也有文献报道，PRMT2与RB相互作用并调节E2F活性。PRMT2的消耗增加内源性E2F活性，并且使细胞更早地进入S期[16]；同时，PRMT2通过阻碍IKBα核输出[17]，促进细胞凋亡和抑制NF-кB转录活性。在乳腺癌中，PRMT2过表达与ERα阳性状态有关。

2.3 PRMT3 在哺乳动物细胞中，PRMT3的主要底物是依赖锌指结构的RPS2。PRMT3在其N末端包含一个锌指结构区域，是其底物识别模块。尽管RPS2是PRMT3的主要底物，但它不是唯一的底物。VHL肿瘤抑制蛋白能够与PRMT3相互作用；ARF蛋白复合物的存在使P53甲基化，但是这些相互作用和甲基化作用对生物的重要性还不是很清楚。有文献报道，在许多肿瘤中发现DAL1的下调[18-19]；DAL1肿瘤抑制蛋白与PRMT3相互作用，并且抑制其甲基化活性，而在这些肿瘤中发现PRMT3活性的增加，但具体机制还不清楚。在乳腺癌中，由于DAL1的缺失，可能出现PRMT3活性的增加。

2.4 PRMT4 PRMT4即CARM1，它是PRMTs中第一个功能上与转录活性有相关联的[20]。CARM1调节许多细胞过程，包括mRNA剪接、细胞周期进程及DNA损伤反应。它通过组蛋白甲基化、转录因子、共调节、剪接因子和RNA聚合酶Ⅱ实现这些功能。有文献报道，在去势难治性前列腺癌和激进的乳腺癌中，发现CARM1水平的提高。在依赖ERα的乳腺癌中，CARM1决定其分化和增殖。有文献报道，在乳腺癌中发现CARM1的过表达，同时发现致癌的共激活子AIB1的过表达（也被称为NCOA3）[21]。AIB1的过表达与不良预后有关。重要的是，CARM1通过使AIB1甲基化调节其活性和稳定性。CARM1通过AIB1来调节ERα，因此，AIB1的致瘤属性通过抑制CARM1活性而被减弱。

CBP和P300也是通过CARM1进行精氨酸甲基化，甲基化增加CBP的HAT活性和刺激其自动乙酰化，然而P300-R2142的甲基化抑制其与GRIP1的相互作用，是DNA损伤所需的回应。CARM1甲基化活性的缺乏阻止细胞周期回应DNA损伤。CARM1介导的P300甲基化，尤其是KIX位点上的R754，在调节诱导细胞周期中是必需的，例如P21和GADD45α。CARM1也招募E2F1的启动子作为转录激活因子[22]。有文献报道，在肿瘤中发现CARM1介导E2F1表达的上调[23]，其有助于致癌性DNA损伤和肿瘤抑制细胞凋亡。CARM1也是WNT-β-连环蛋白转录的一个重要调节器。因此，CARM1的过表达不仅刺激大量致癌通路（FOS、E2F1、WNT-β-连环蛋白、AIB1），而且为肿瘤的生长和侵袭转移提供了一个有利的微环境。已有文献报道，在乳腺癌、前列腺癌和结肠直肠癌中CARM1过表达[24]。

2.5 PRMT5 PRMT5是Ⅱ型精氨酸甲基转移酶，首次发现其生物作用是一个转录抑制子[25]。H3R8me2s和H4R3me2s是抑制组蛋白甲基化的关键标志。有文献报道，在转化细胞中，PRMT5低表达使细胞生长缓慢，PRMT5过表达导致细胞过度增殖[26]。PRMT5转录抑制的作用对于EMT起着至关重要的作用，同时在肿瘤的进展中扮演着重要角色。因为EMT，癌细胞可以更有效地侵袭和转移。而EMT的标志是E-cadherin表达下降，E-cadherin表达有效地被抑制是通过转录因子SNAIL。SNAIL转录因子是细胞增殖过程中的重要蛋白，高水平的SNAIL预示着乳腺癌不能复发的生存率降低。AJUBA家族蛋白具有抑制SNAIL合成的作用，而AJUBA蛋白的精氨酸通过PRMT5甲基化后才能结合其靶基因E-cadherin抑制SNAIL蛋白转录因子合成。促进AJUBA蛋白精氨酸甲基化可能提高乳腺癌不能复发的生存率，为乳腺癌的治疗提供了新思路。

在P53依赖的细胞凋亡过程中，CBP或P300通过PRMT5进行精氨酸甲基化，P300甲基化后能发挥转移酶活性，从而抑制凋亡基因的表达；CBP甲基化后抑制ECL-1的转录活性，ECL-1是抑制细胞死亡的起始因子，从而抑制细胞的凋亡过程。有文献报道，睾丸肿瘤、淋巴瘤、胃癌、白血病与这一机制有关[27]。

PRMT5能催化MBD2/NURD复合物甲基化，PRMT5负性调节MBD2/NURD复合物活性促进MCL的发生，可能为淋巴瘤治疗提供一个新方向。

2.6 PRMT6 PRMT6在膀胱癌和肺癌细胞中存在过表达[25]。PRMT6是一个核蛋白，可以催化组蛋白H3的R2位点、组蛋白H4的R3位点甲基化和DNA聚合酶β。PRMT6既是一个转录抑制因子，也是核受体的一个共激活子。作为一个转录抑制因子，PRMT6抑制凝血酶敏感蛋白Ⅰ的表达（也称为THBS1）[28]，其是血管生成和内皮细胞迁移的有效抑制剂。此外，CDK抑制剂P21也是通过PRMT6进行转录抑制。有研究发现，因为PRMT6的缺失，鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）快速地衰老，而这种衰老与P53、P21的释放被抑制有关[29]。因此，在沉默P53的肿瘤细胞中，PRMT6参与其中。

2.7 PRMT7 人类PRMT7基因位于基因组的一个区域，在转移的乳腺癌中，其存在大量畸变[30]。PRMT7在男性生殖系统标记的基因甲基化中具有作用。基因组中的致癌基因与PRMT7联系影响其转化活性。最近的研究表明，PRMT7负性调节的多个基因参与了DNA修复。敲除PRMT7的敏感细胞在拓扑异构酶Ⅰ抑制剂喜树碱的作用下诱导细胞凋亡[31]，这种现象具有临床价值。有文献报道，在乳腺癌转移中，PRMT7被作为候选基因[32]。

2.8 PRMT8 PRMT8是PRMTs中的一个独特成员，主要存在于脑组织中。癌症基因组的深入测序工作已经显示所有PRMTs。据报道，PRMT8具有最多的突变体[33]，在PRMT8编码区中有15个基因突变，其中9个基因导致氨基酸的变化。在PRMT8活性中这些突变体对于肿瘤的影响尚未被发现。

2.9 PRMT9 PRMT9和PRMT7一样，包含2个S-腺苷-甲硫氨酸结合位点。此外，在PRMT9的N末端有2个肽重复序列结构域。PRMT9调节蛋白与蛋白之间的相互作用，这种酶的生物特点尚未被发现。

3 小 结

最初的研究已经将PRMTs与许多肿瘤间接的联系在一起。在这个新的领域中，缺乏一些关键模型、试剂和基本的生物，它们将帮助研究者更深入的了解蛋白质精氨酸甲基化在肿瘤中的作用。因此，对PRMTs的进一步研究，有助于阐述精氨酸甲基化在肿瘤发生过程中的分子机制，为肿瘤的治疗提供新的方案。

[1]Bedford MT.Argininemethylation ataglance[J].JCell Sci，2007，120（Pt 24）：4243-4246.

[2]Gary JD，Clarke S.RNA and protein interactionsmodulated by protein argininemethylation[J].Prog Nucleic Acid ResMol Biol，1998，61：65-131. [3]Huyen Y，Zgheib O，Ditullio RA，et al.Methylated lysine 79 of histone H3 targets 53BP1 to DNA double-strand breaks[J].Nature，2004，432（7015）：406-411.

[4]Boisvert FM，CôtéJ，Boulanger MC，etal.A proteomic analysisofargininemethylatedprotein complexes[J].Mol Cell Proteomics，2003，2（12）：1319-1330.

[5]Tang J，Frankel A，Cook RJ，etal.PRMT1 is the predominant type Iprotein arginine methyl-transferase in mammalian cells[J].JBiol Chem，2000，275（11）：7723-7730.

[6]Seligson DB，Horvath S，ShiT，etal.Global histonemodification patterns predict risk of prostate cancer recurrence[J].Nature，2005，435（7046）：1262-1266.

[7]Yang Y，Lu Y，Espejo A，etal.TDRD3 isan effectormolecule forargininemethylated histonemarks[J].MolCell，2010，40（6）：1016-1023.

[8]Yu Z，VogelG，Coulombe Y，etal.TheMRE11GARmotif regulatesDNA double-strand break processingand ATR activation[J].CellRes，2012，22（2）：305-320.

[9]Cheung N，Chan LC，Thompson A，etal.Protein arginine-methyltransferasedependentoncogenesis[J].NatCell Biol，2007，9（10）：1208-1215.

[10]Polakis P.DruggingWntsignalling in cancer[J].EMBO J，2012，31（12）：2737-2746.

[11]Seligson DB，Horvath S，ShiT，etal.Globalhistonemodification patterns predict risk of prostate cancer recurrence[J].Nature，2005，435（7046）：1262-1266.

[12]Meyer R，WolfSS，ObendorfM.PRMT2，amember of the protein arginine methyltransferase family，isa coactivator of the androgen receptor[J].Nat Cell Biol，2007，9（10）：1208-1215.

[13]Zhong J，Cao RX，Zu XY，etal.Identification and characterization of novel spliced variants of PRMT2 in breast carcinoma[J].FEBS J，2012，279（2）：316-335.

[14]Zhong J，Cao RX，Hong T，etal.Identification and expression analysis of a novel transcript of the human PRMT2 gene resulted from alternative polyadenylation in breastcancer[J].Gene，2011，487（1）：1-9.

[15]Blythe SA，Cha SW，Tadjuidje E，et al.beta-Catenin primes organizer geneexpression by recruiting ahistone H3 arginine 8methyltransferase，Prmt2[J].Dev Cell，2010，19（2）：220-231.

[16]Yoshimoto T，Boehm M，Olive M，et al.The argininemethyltransferase PRMT2 bindsRB and regulates E2F function[J].Exp CellRes，2006，312（11）：2040-2053.

[17]Alexiou GA，Markoula S，Gogou P，etal.Genetic andmolecular alterations inmeningiomas[J].Clin NeurolNeurosurg，2011，113（4）：261-267.

[18]Takahashi Y，IwaiM，Kawai T，et al.Aberrant expression of tumor suppressorsCADM1 and 4.1B in invasive lesionsofprimary breastcancer[J]. BreastCancer，2012，19（3）：242-52.

[19]Chen D，Ma H，Hong H，et al.Regulation of transcription by a protein methyltransferase[J].Science，1999，284（5423）：2174-2177.

[20]El Messaoudi S，Fabbrizio E，Rodriguez C，et al.Coactivator-associated argininemethyltransferase 1（CARM1）is a positive regulator of the Cyclin E1 gene[J].Proc Natl Acad SciUSA，2006，103（36）：13351-13356. [21]Frietze S，Lupien M，Silver PA，et al.CARM1 regulates estrogen-stimulated breastcancer growth through up-regulation of E2F1[J].Cancer Res，2008，68（1）：301-306.

[22]Fabbrizio E，El Messaoudi S，Polanowska J，et al.Negative regulation of transcription by the typeⅡargininemethyltransferase PRMT5[J].EMBO Rep，2002，3（7）：641-645.

[23]Majumder S，Liu Y，Ford OH 3rd，et al.Involvement of argininemethyltransferase CARM1 in androgen receptor function and prostate cancer cellviability[J].Prostate，2006，66（12）：1292-1301.

[24]Al-DhaheriM，Wu J，Skliris GP，et al.CARM1 is an important determinantofERα-dependentbreastcancer celldifferentiation and proliferation in breastcancer cells[J].CancerRes，2011，71（6）：2118-2128.

[25]Yoshimatsu M，Toyokawa G，Hayami S，et al.Dysregulation of PRMT1 and PRMT6，TypeⅠargininemethyltransferases，is involved in various typesofhumancancers[J].Int JCancer，2011，128（3）：562-573.

[26]Pal S，Vishwanath SN，Erdjument-Bromage H，et al.Human SWI/SNF-associated PRMT5methylateshistone H3 arginine 8 and negatively regulates expression of ST7 and NM23 tumor suppressor genes[J].Mol Cell Biol，2004，24（21）：9630-9645.

[27]Scoumanne A，Zhang J，Chen X.PRMT5 is required for cell-cycle progression and p53 tumor suppressor function[J].Nucleic Acids Res，2009，37（15）：4965-4976.

[28]Michaud-Levesque J，Richard S.Thrombospondin-1 is a transcriptional repression targetof PRMT6[J].JBiol Chem，2009，284（32）：21338-21346. [29]Durant ST，Cho EC，La Thangue NB.p53methylation--the Arg-ument is clear[J].CellCycle，2009，8（6）：801-802.

[30]Thomassen M，Tan Q，Kruse TA.Geneexpressionmeta-analysis identifies chromosomal regions and candidate genes involved in breast cancermetastasis[J].BreastCancerResTreat，2009，113（2）：239-249.

[31]Verbiest V，Montaudon D，Tautu MT，et al.Protein arginine（N）-methyltransferase 7（PRMT7）asa potential target for the sensitization of tumor cells to camptothecins[J].FEBSLett，200，582（10）：1483-1489.

[32]Thomassen M，Tan Q，Kruse TA.Geneexpressionmeta-analysis identifies chromosomal regionsand candidategenes involved in breastcancermetastasis[J].BreastCancer Res Treat，2009 113（2）：239-249.

[33]Forbes SA，BindalN，Bamford S，etal.COSMIC：mining complete cancer genomes in the Catalogue of Somatic Mutations in Cancer[J].Nucleic Acids Res，2011，39：945-950.

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.01.024

A

1009-5519（2015）01-0067-04

2014-09-25）

许婷（1989-），女，江西抚州人，硕士研究生，主要从事临床研究工作；E-mail：670694901@qq.com。